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Dare alle protesi un senso del tatto
Le interfacce cervello-macchina hanno reso possibile alle scimmie e ad alcuni umani di controllare gli arti robotici usando solo i loro pensieri. Ma idealmente, una persona che utilizza un arto artificiale o un altro dispositivo non solo sarebbe in grado di controllare il dispositivo, ma anche di sentire cosa sta toccando.
La scimmia vede: In un esperimento, le scimmie impiantate con due interfacce, una che legge i movimenti previsti e un'altra che risponde alle sensazioni tattili, hanno imparato a far funzionare il braccio di una scimmia virtuale.
Un nuovo studio dal laboratorio di Immagine segnaposto Miguel Nicolelis al Duke University Medical Center fa il primo passo verso tale interfaccia. In un articolo pubblicato oggi in Natura , il suo team riferisce che le scimmie possono imparare a utilizzare una mano di realtà virtuale che incorpora un feedback tattile.
Nicolelis afferma che le interfacce cervello-macchina saranno clinicamente utili solo se utilizzano segnali bidirezionali, con feedback sensoriale dal dispositivo e comandi motori dall'utente. Non è sufficiente fornire solo movimento, dice. Devi sentire cosa stai toccando.
Come primo esperimento, le scimmie hanno utilizzato un joystick per controllare un avatar virtuale (un braccio e una mano di scimmia) sullo schermo di un computer e sono state incoraggiate a utilizzare l'avatar per afferrare oggetti sullo schermo. Gli oggetti virtuali avevano trame e questo veniva trasmesso utilizzando la stimolazione attraverso array di microonde impiantati in una parte della corteccia cerebrale responsabile del rilevamento del tatto. Le scimmie hanno imparato a tenere la mano dell'avatar su oggetti con una particolare consistenza, trasmessa dalla frequenza della stimolazione, per essere ricompensate con il cibo.
In un altro esperimento, le scimmie hanno ricevuto lo stesso feedback tattile ma hanno controllato la mano virtuale usando solo i loro pensieri, tramite array di microfili impiantati nella corteccia motoria. Sebbene le loro prestazioni nel compito fossero meno accurate, le scimmie sono migliorate nel tempo.
Nicolelis afferma che l'uso riuscito di un'interfaccia cervello-macchina-cervello dimostra che i processi di percezione e risposta alle sensazioni tattili possono essere combinati. Decodifichiamo intenzioni motorie e messaggi tattili contemporaneamente, dice. Non è mai stato fatto prima. Sebbene la stimolazione ricevuta dalle scimmie sia artificiale, dice, sembra che imparino ad associarla alle informazioni tattili.
Il prossimo passo è incorporare il senso del tatto in protesi reali, utilizzando sensori di pressione che genereranno un feedback tattile simile sugli oggetti del mondo reale. Nicolelis afferma che il suo gruppo spera di costruire un simulatore che testerà questo approccio negli esseri umani, quindi incorporerà la sensazione tattile nelle protesi che sta creando per le persone con mobilità ridotta.
Nitish Thakor , un ingegnere biomedico della Johns Hopkins University, afferma che l'aggiunta di informazioni sensoriali è assolutamente il prossimo passo logico nella progettazione dell'interfaccia cervello-macchina. Thakor dice che l'esperimento non solo dimostra la fattibilità dell'aggiunta di tocco, ma mostra che le scimmie possono imparare un compito usando questi segnali accoppiati. L'avvertenza, aggiunge, è che le trame nel mondo reale sono molto più complesse, così come i movimenti del corpo, e resta da vedere se questo è scalabile.