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Gehirn-Chips helfen dem gelähmten Mann, den Tastsinn wiederzuerlangen mit dem Roboterarm

DONNERSTAG, 13. Oktober 2016 (HealthDay News) - Das Aufnehmen eines zarten Stücks Kuchens unterscheidet sich sehr von der Entnahme einer stabilen Schachtel Kuchenmischung. Und das liegt an Ihrem Tastsinn - Sie wissen, dass jedes Berühren des einen viel zerbrechlicher ist als das andere.

Dies war eine der größten Hürden, um einen realistisch funktionierenden Prothesenarm zu schaffen, aber es ist eine Herausforderung für die Forscher in Pittsburgh beginnen zu überwinden.

Ein Satz von vier Gehirnimplantaten - Chips die Hälfte der Größe eines Hemdes Knopf - haben einem 30-jährigen Mann erlaubt, nicht nur einen Roboterarm zu steuern, sondern auch Empfindungen von Die einzelnen Finger des Arms, Forscher der University of Pittsburgh und der University of Pittsburgh Medical Center berichten.

"Ich kann fast jeden Finger fühlen - es ist eine wirklich seltsame Sensation", sagte Patient Nathan Copeland etwa einen Monat später die Operation, die die Chips implantierte. "Manchmal fühlt es sich elektrisch an und manchmal ist es Druck, aber größtenteils kann ich die Finger mit bestimmter Präzision erzählen. Es fühlt sich an, als ob meine Finger berührt oder gedrückt werden."

Zu ​​dieser Zeit kann Copeland Druck fühlen und seine Intensität zu einem gewissen Grad unterscheiden, aber nicht identifizieren können, ob eine Substanz heiß oder kalt ist, sagten die Forscher.

Copeland war von der oberen Brust nach 18 Jahren gelähmt nach einem Autounfall, der seinen Hals brach und seine Wirbelsäule verletzte Im Jahr 2004 implantierten Ärzte zwei Chips in Copelands Motorcortex, dem Teil des Gehirns, der die Armbewegung steuert, und zwei weitere in seinem somatosensorischen Kortex, einer Region, die mit der Verarbeitung von Berührungsinformationen von der Hand befasst ist sagte der leitende Forscher Robert Gaunt. Er ist Assistant Professor an der School of Medicine der University of Pittsburgh.

Vor der Operation verwendeten Ärzte bildgebende Verfahren, um die genauen Regionen in Copelands Gehirn zu identifizieren, die dem Tastsinn in jedem seiner Finger und seiner Handfläche entsprachen

Wenn die Chips elektrisch stimuliert werden, kann Copeland spüren, wie Menschen seine echte rechte Hand berühren. Er kann Empfindungen wie Wärme und Druck an der Basis der vier Finger fühlen, und neun von zehn können Dinge wie einen Wattestäbchen wahrnehmen, der auf die Oberfläche der Haut gedrückt wird, auf eine Weise, die als "möglicherweise natürlich" beschrieben wird Außerdem können Steckverbinder, die von Copelands Kopf ausgehen, an einem Roboterarm angebracht werden. Wenn Copeland daran befestigt ist, kann er sowohl den Arm mit seinem Verstand bewegen als auch fühlen, wenn die Roboterfinger berührt werden, sagte Gaunt.

"Wir haben ihm zumindest eine Komponente der Berührung gegeben. Wenn die Roboterhand ein Objekt berührt Er kann es fühlen «, sagte Gaunt. "Er kann Gegenstände greifen und sie aufnehmen und bewegen."

Die Forscher fanden heraus, dass Copeland 84 Prozent der Zeit, die der einzelne Finger mit verbundenen Augen berührt wurde, korrekt identifizieren konnte.

Bisherige Studien haben es erlaubt Labortiere, um den Tastsinn durch direkte Stimulation des Gehirns zu erfahren, aber dies ist das erste Mal, dass ein Mensch das Gefühl der Berührung durch einen Roboterarm erfahren konnte, sagten Forscher.

Diese Errungenschaft ist komplex und wichtig weil diese Forscher in der Lage waren, die spezifische Menge der elektrischen Anregung einzuwählen, die benötigt wurde, um einen realistischen Tastsinn zu provozieren, sagte Dr. Vineeta Singh. Sie ist Professorin für Neurologie an der Universität von Kalifornien, San Francisco School of Medicine.

Zu ​​viel Stimulation und der Patient könnte Schmerzen, Kribbeln oder ein "Nadeln-und-Nadeln" -Essen spüren, sagte Singh. Zu wenig, und es würde überhaupt kein Gefühl geben.

Der nächste Schritt wird sein, die Stimulation weiter zu verfeinern, sagte Singh, ein Mitglied der American Academy of Neurology.

"Wir reden davon, es zu verfeinern das Individuum, das Gefühl wahrzunehmen, wie es normalerweise wahrgenommen wird, das die mechanische Empfindung der Anregung nicht fühlt, aber auf einer tieferen Ebene, wie Berührung wahrgenommen wird ", sagte Singh.

"Sie würden wollen, dass sie ein Objekt fühlen und Ihnen sagen können, wie die dreidimensionale Natur eines Objekts aussehen würde", fügte sie hinzu. "Nicht nur berühren, nicht kalt oder heiß, sondern mentale Wahrnehmung der Tiefe."

Die Chips sind in Copelands Gehirn harmlos, sagte Gaunt, und es gibt nicht viel Sorge um ihre langfristige Lebensfähigkeit.

Das größte Gesundheitsrisiko kommt von einer möglichen Infektion der Verbindungen, die aus seiner Kopfhaut kommen. "Natürlich ist es ein wesentlicher Schritt, diese Konnektoren loszuwerden und diese Geräte vollständig kabellos zu machen", sagte er.

Gaunt konnte nicht sagen, wie viel es kosten würde, zukünftige Patienten auf diese Weise zu verkabeln. "Im Moment ist das ein ziemlich teures Unterfangen", sagte er. "Es gibt jedoch viele Leute, die motiviert sind, dies Patienten zugänglich zu machen."

Gaunt konnte auch nicht ahnen, wie lange es dauern würde, bis diese Technologie den Markt erreichen würde, da sie in vielen getestet werden muss mehr Patienten.

Singh sagt jedoch voraus, dass eine solche Berührungstechnologie in weniger als einem Jahrzehnt in der Prothetik eingesetzt werden könnte.

Diese Forschung wird in erster Linie durch das Revolutioning Prosthetics Programm der Defense Advanced Research Projects Agency finanziert, mit zusätzlicher Unterstützung von die National Science Foundation. Der neue Bericht wurde in der 13. Oktober-Ausgabe von

Science Translational Medicine

veröffentlicht. Weitere Informationen Weitere Informationen zur Prothesenforschung finden Sie in der Defense Advanced Research Projects Agency.

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