Bionická ruka získává hmat
Výzkumníci ze švédské Chalmersovy technologické univerzity publikovali v magazínu Science novou studii o možnosti získat hmatové vjemy pomocí umělé robotické mimotělní končetiny. Ta má poskytovat ochrnutým komplexní hmatové schopnosti.
Cílem švédských vědců, zapojených nyní do výzkumné skupiny Cortical Bionics Research Group, tvořené americkými univerzitami (University of Pittsburgh, University of Chicago a Northwestern University), je vyvinout intrakortikální rozhraní mozek-stroj (BCI) nové generace, které umožní obratné ovládání bionických rukou.
Švédští vědci objevili unikátní metodu kódování přirozených dotykových vjemů ruky pomocí specifických mikrostimulačních vzorců v implantovatelných elektrodách v mozku, což umožňuje lidem s poraněním míchy, paralýzou nebo amputací, nejen ovládat bionickou paži svým mozkem, ale i získat hmat, jak to dosud nebylo možné.
Zprostředkovali hmatové vjemy související s orientací, zakřivením, pohybem a 3D tvary, pomocí mozkem ovládané bionické končetiny na zcela nové úrovni umělého doteku. Což je zásadní pro dosažení úrovně obratnosti, manipulace a vícerozměrného hmatového zážitku typického pro lidskou ruku.
Při poranění míchy mohou být elektrické signály přicházející z ruky do mozku, které umožňují zprostředkovat hmatové vjemy, zraněním blokovány a smysl pro dotek, jenž je klíčový pro náš život, je ztracen. Bionická ruka ovládaná mozkovými signály uživatele může lidem s ochrnutím vrátit určitou funkčnost i nezávislost, ale bez hmatu je obtížné předměty zvedat, držet a manipulovat s nimi. Umělá ruka zatím neposkytovala senzorickou zpětnou vazbu jako biologická. Výzkumníci se proto snažili zlepšit použitelnost mimotělní bionické končetiny, která by byla namontována na invalidní vozík nebo podobné zařízení v blízkosti uživatele.
Komplexní dotek zapsaný do mozku
Účastníci studie byli vybaveni BCI chronickými mozkovými implantáty v senzorických a motorických oblastech mozku, které ovládají paži i ruku, vědci tak byli postupně schopni zaznamenat a dekódovat všechny různé vzorce elektrické aktivity, které se vyskytly v mozku v souvislosti s motorickým záměrem paže a ruky. To bylo možné, protože elektrická aktivita byla v mozku stále přítomná, jen paralýza bránila tomu, aby se dostala do ruky.
„Našli jsme způsob, jak tyto ‚hmatové zprávy‘ napsat pomocí mikrostimulace elektrod v mozku, i unikátní řešení, jak zakódovat složité vjemy. To umožnilo lepší smyslovou zpětnou vazbu a zážitek při používání bionické ruky,“ říká Giacomo Valle, doktorand na Chalmers University a hlavní autor studie.
Vědci zadali specifické stimulace přímo do mozku prostřednictvím implantátů a účastníci pak byli schopni provést řadu složitých experimentů, které vyžadují bohaté hmatové vjemy. Díky rozhraní BCI mohli dekódovat záměr pohybu z mozku účastníka, aby bylo možné ovládat bionickou paži. Ta má na sobě senzory, a když se předmět s nimi dostane do kontaktu, stimulace je odeslána do mozku a ochrnutý člověk získá pocit, jako by měl objekt v ruce. Účastníci cítili tvar předmětu i směr pohybu konečky prstů, takže mohli dokončit složité úkoly s bionickou paží, např. zvednout předmět a přesunout ho z jednoho místa na druhé, s větší přesností, než bylo možné dosud.
Budoucnost pro neurální protetiku
Cílem vědců z Chalmes Unversity je vytvořit evropské centrum pro tento směr neurotechnologického výzkumu. Tato práce je však jen první krok, aby pacienti s poraněním míchy mohli získat tuto úroveň komplexního doteku. K zachycení všech vlastností, které jsou nyní vědci schopni zakódovat a předat uživateli, jsou potřeba pokročilejší senzory a robotická technologie (např. protetická kůže) a implantovatelná technologie používaná ke stimulaci bude rovněž vyžadovat další vývoj pro rozšíření repertoáru pocitů.
Emma Fry
Foto: Chalmers University of Technology
28
