Un implant cérébral donne à un bras robotisé une sensation de toucher

Agrandir / Le bras robotique en action.

Centre médical de l’Université de Pittsburgh

L’un des exemples les plus surprenants de la promesse d’une implantation cérébrale arrive Vidéo Une personne paralysée contrôle un bras robotique avec rien d’autre que ses pensées. La technologie à elle seule est impressionnante, mais la joie qui est apparue sur le visage du message lorsqu’elle a siroté un verre pour la première fois en plus d’une décennie, est vraiment due à l’importance de cette technologie.

Bien que nous soyons encore à des décennies d’utiliser largement les implants, il y a des signes continus de progrès pour rendre les implants plus efficaces. La semaine dernière, nous avons vu un implant qui pourrait faire exactement cela Convertissez une écriture fictive en texte réel. Cette semaine, la communauté de recherche a fait un suivi avec un bras robotique contrôlé par implant qui envoie un retour tactile à l’utilisateur avec un deuxième implant.

Ajouter les sens

Lorsque nous allons capturer quelque chose, nous déterminons où il se trouve principalement à travers la vision. À partir de là, d’autres sens prennent le dessus. Les humains ont un sens appelé proprioception, qui nous aide à savoir où se trouvent les parties de notre corps, même lorsqu’elles ne sont pas visibles. Le sens du toucher nous indique le contact avec le corps, et le sens de la pression nous donne une indication de la fermeté avec laquelle nous absorbons le corps. Le système visuel devient rapidement secondaire par rapport au processus.

Mais pour les premiers bras robotiques, le système optique était tout ce que nous avions pour avancer. Les utilisateurs devaient suivre visuellement le bras pendant qu’ils le manœuvraient, et ils devaient estimer à quel moment ils auraient une prise ferme sur un objet simplement en le regardant. Bien qu’il s’agisse d’une amélioration par rapport à la paralysie, ce n’est pas particulièrement intuitif. Il nécessite également une formation approfondie et nécessite toute l’attention de l’utilisateur du bras. L’ajout d’autres sens offrirait des avantages évidents.

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Alors que la proprioception est une sensation quelque peu difficile à reconstruire, les sens du toucher et de la pression sont plus prononcés. Les premières tentatives pour donner des réactions de toucher et de pression impliquaient la sensation d’une tache de peau. Le système nécessitait une formation approfondie pour traduire tout ce que l’utilisateur ressentait en informations sur la pression exercée par les doigts du robot.

Mais nous avons depuis développé une bonne compréhension des régions du cerveau qui traitent les informations qui leur sont envoyées par les neurones sensoriels de la main. Pour la nouvelle recherche, une équipe a implanté deux réseaux d’électrodes dans la partie du cerveau qui traite spécifiquement des informations provenant de la peau. L’activation de ces électrodes – 32 d’entre elles en tout – a créé la sensation de quelque chose interagissant avec la paume et les doigts.

Nouvelles (anciennes) sensations

Le participant à l’étude, qui était paralysé du cou vers le bas, contrôlait un bras robotique depuis environ deux ans en utilisant des implants cérébraux dans la région de contrôle moteur de son cerveau. Il peut utiliser son bras avec succès, même sans aucune sensation. Cependant, pour les nouvelles expériences, l’équipe de recherche a alterné entre des tests dans lesquels le bras avait des réponses haptiques supplémentaires et des tests dans lesquels le système était éteint. La plupart des tests impliquaient de saisir des objets de différentes formes, de les déplacer quelque part, puis de les laisser tomber.

Plusieurs tests individuels ont montré un schéma similaire: le sens du toucher a considérablement amélioré les performances. Le temps moyen d’achèvement des séquences de réception / transfert / dépose a diminué dans tous les cas, la différence étant statistiquement significative dans environ la moitié d’entre elles. En d’autres termes, dans le temps qu’un participant a mis pour accomplir neuf tâches avec le système tactile éteint, il pouvait en accomplir plus d’une douzaine avec le système activé.

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Alors que tous les aspects de la performance des tâches ont été améliorés, l’amélioration la plus importante est venue dans le processus de saisie d’objets. Le temps entre le participant touchant l’objet avec son bras et l’élévation de l’objet de la table a été réduit de deux tiers lorsque le retour haptique a été déclenché. Lorsque le système était éteint, le participant passait plus de temps à organiser la main pour assurer une prise stable avant de bouger.

Comme pour le système d’écriture basé sur des implants cérébraux de la semaine dernière, cette étude ne comptait qu’un seul participant, nous devrons donc confirmer que le système fonctionne généralement avant de devenir trop excité. Mais il n’y a aucune raison d’être surpris par les résultats – bien que nous n’en soyons pas toujours conscients, le toucher et la pression jouent un rôle majeur dans tout ce que nous faisons avec nos mains. En ciblant la bonne région du cerveau, l’implant tire parti des systèmes dont le cerveau dispose déjà pour gérer ce type d’entrée sensorielle.

Dans l’ensemble, le travail met en évidence la promesse de ces implants – et le travail qu’il nous reste à faire. Même ce type de régime élémentaire a le potentiel d’améliorer la vie de nombreuses personnes paralysées. Mais la technologie d’implantation se développera avec le temps et nous continuerons d’améliorer notre compréhension du fonctionnement des régions cérébrales pertinentes. À un moment donné, la technologie pourrait être transférée à des essais plus importants et à une utilisation médicale potentiellement généralisée.

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La scienceDOI: 2021. 10.1126 / science. abd0380 (À propos des DOI).

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