Дэниел Моран, доктор философии, преподаватель биоинженерии в Школе Технической & прикладной науки и нейробиологии, физиотерапии и неврологической хирургии в Медицинской школе, получил трехлетний, грант в размере почти $1,9 миллионов от Управления перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ (DARPA), чтобы проверить новое устройство, которое его лаборатория разработала, который будет стимулировать нервы в плече и предплечье. Если это работает, инвалиды верхней конечности, которые используют моторизованные протезные устройства, были бы в состоянии чувствовать различные сенсации через протезное, которое пошлет сенсорные сигналы в мозг.DARPA уже финансирует «Руку Люка», высокотехнологичную бионическую конечность, созданную Исследованием DEKA.
Протезное, названное по имени характера «Звездных войн» Люк Скайуокер, который получил протезное после потери его правой руки в эпическом сражении с Дартом Вейдером, разработаны, чтобы помочь военнослужащим мужчинам и женщинам и ветеранам, у которых были ампутации верхней конечности. В то время как продвинутый протез руки позволяет пользователям выполнять шесть различных властей, таких как взятие маленьких объектов, это не предоставляет пользователям осязания и ориентацию естественной руки.
Моран, экспертные знания которого находятся в моторной нейрофизиологии и интерфейсах мозгового компьютера и его команде, разработал электрод, разработанный, чтобы стимулировать сенсорные нервные клетки в локтевых и средних нервах в руках. Локтевой нерв, один из трех главных нервов в предплечье, является самым большим нервом в теле, незащищенном мышцей или костью, и связан с пальцем безымянного пальца и мизинца под рукой.
Это – нерв, который стимулируется, когда Вы поражаете локоть во что-то и вызываете свое «чувство юмора». Средний нерв в плече и плече связан с другими пальцами под рукой, так вместе, эти два нерва управляют движением и сенсациями включая прикосновение, давление, вибрацию, тепло, простуду и боль во всех пальцах.
Люди, использующие протезирование руки, должны полагаться на свое видение, чтобы использовать их правильно, говорит Моран. Чтобы взять чашку кофе, они должны быть в состоянии видеть чашку, поместить пальцы протеза вокруг этого и снять его.
Они неспособны чувствовать, является ли чашка в их руке, если чашка горячая или холодная или если они собираются пропустить его. Позволяя способности чувствовать, пользователи будут иметь больше контроля над протезом.Моран и его команда, которая включает Гарольда Бертона, доктора философии, преподавателя нейробиологии; Уилсон (Зак) Рэй, Мэриленд, доцент неврологической хирургии, обоих в Медицинской школе; и Мэтью Макьюен, который получит высшее образование с MD/PhD в мае 2015 и работал над этим проектом для его диссертации, разработал интерфейс периферического нерва макрорешета, разработанный, чтобы стимулировать регенерацию локтевых и средних нервов, чтобы передать информацию назад в центральную нервную систему.
Макрорешето сделано из ультратонкого, гибкого материала, подобного мягкой контактной линзе, является о 1/8-м размером десяти центов и похоже на колесо телеги с открытыми местами между «спицами», которые позволяют нерву расти.Луч внедрит электрод в локтевые и средние нервы в предплечьях нечеловеческих приматов, чтобы определить сумму сенсорной информации, которая закодирована непосредственно стимулирующими небольшими группами периферических нервов.
Они также внедрят электрод манжеты, текущий стандарт ухода, чтобы сравнить работу.После того, как внедренный в предплечье, Моран и команда будут учить нечеловеческих приматов играть в управляемую джойстиком видеоигру, в которой команда даст им сигналы относительно того, как переместить джойстик, стимулируя локтевые и средние нервы. Их вознаграждение за продвижение через различные стадии игры успешно – сок вкусом фруктами.
«Мы хотим видеть то, что они могут чувствовать», говорит Моран. «Если мы стимулируем этот сектор нерва, который говорит им достигать одной стороне в стандартной задаче достижения. Мы хотим выяснить, как маленький мы можем сделать стимуляцию, таким образом, они могут все еще ощутить его».В частности, Моран и команда проанализируют, сколько различных независимых каналов они могут стимулировать на нерве, чтобы определить, сколько датчиков будет работать над протезной рукой. Используя названное текущее регулирование метода, они могут переместить различные суммы тока вокруг нерва, чтобы активировать различные сектора, чтобы соединить датчики прикосновения под рукой с различным сектором на нерве.
Его команда уже имела успех с этим методом в мотонейронах в модели крысы.«Если это работает, чтобы стимулировать мотонейроны в мышцах, мы можем, конечно, стимулировать сенсорные нейроны, и это никогда не делалось в поведенческой модели у нечеловеческих приматов», говорит Моран.
Бертон, эксперт в сенсорной нейрофизиологии, проанализирует, как мозг обрабатывает обратную связь от стимуляции нерва.«Чем больше недвижимости мозговое использование, тем больше вычислительной мощности и более важное что-то», говорит Моран. «Ручная область в соматосенсорной коре – большая часть мозга, таким образом, должно быть много пропускной способности.
Мы думаем, что будем в состоянии послать большую информацию к нему».Моран и его команда будут работать с DARPA, чтобы определить сколько датчиков, чтобы поставить протезные руки.
«Если нервная система не может обращаться больше чем с восемью или 10 каналами, нет никакого смысла в том, чтобы ставить более там», говорит он. «Мы хотим найти пропускную способность и что нервная система может интерпретировать с искусственной сенсацией».