Il paziente mostra nuova destrezza con un braccio robotico controllato dalla mente

Una donna che è completamente paralizzata sotto il collo ha riacquistato la capacità di raggiungere e interagire con il mondo che la circonda grazie all'interfaccia cervello-computer più avanzata per il funzionamento di un braccio robotico finora.

A febbraio, i chirurghi hanno impiantato due serie di elettrodi di quattro millimetri per quattro millimetri nella corteccia motoria del partecipante, la regione del cervello che avvia i movimenti. Ogni chip ha 96 elettrodi ed è collegato attraverso il cranio a un computer che traduce i suoi pensieri in segnali per il braccio robotico. Il lavoro, svolto da ricercatori dell'Università di Pittsburgh, è riportato nell'ultimo numero di la lancetta .

Controllo mentale: Jan Scheuermann guida un arto protesico robotico con i suoi pensieri, che vengono registrati da elettrodi nel suo cervello e poi interpretati da un computer.

Il lavoro è l'ultimo progresso per mostrare come la tecnologia di interfaccia controllata dal cervello può ripristinare un po' di movimento ai tetraplegici. Nel maggio di quest'anno, i ricercatori della Brown University hanno descritto come un paziente paralizzato potrebbe utilizzare un arto robotico per eseguire compiti di base, incluso darsi un drink di caffè (vedi Brain Chip aiuta i quadriplegici a muovere le braccia robotiche con i loro pensieri). La partecipante al nuovo studio ha il doppio degli elettrodi nel cervello della donna nello studio Brown e può dimostrare movimenti della mano più complessi con il suo arto robotico.

Stiamo riproducendo un movimento più naturale e realistico del braccio e della mano, afferma Andrew Schwartz , neuroscienziato dell'Università di Pittsburgh e autore senior dello studio.

Alcuni esperti, tuttavia, avvertono che è difficile trarre conclusioni sul potenziale della tecnologia da un singolo caso.

Immagine segnaposto Miguel Nicolelis , un ricercatore di interfacce cervello-macchina presso la Duke University, osserva che la registrazione da più neuroni consente di migliorare la precisione e la complessità nei movimenti dei dispositivi collegati. Tuttavia, aggiunge che è difficile dire da quanti neuroni il team di Pittsburgh stesse effettivamente registrando. C'è poca documentazione del segnale cerebrale, dice Nicolelis del Lancetta carta che descrive l'opera. Sarebbe davvero fantastico se avessero raggiunto la soglia dei 200 neuroni, ma sembra che non ci sia alcuna documentazione a riguardo, dice.

Il Lancetta studio descrive i progressi della donna mentre operava il braccio robotico per 13 settimane. Dopo che gli elettrodi sono stati impiantati nel suo cervello, ha iniziato il suo allenamento osservando il movimento del braccio e immaginando di controllarlo. Nel frattempo, il computer registrava l'attività neurale nella sua corteccia motoria e questa informazione veniva utilizzata per decodificare meglio le sue intenzioni in movimenti del braccio del robot. Poi abbiamo iniziato a darle un po' di controllo, dice Jennifer Collinger , un ingegnere biomedico a Pittsburgh e primo autore dello studio. Ciò genera un ciclo di feedback: può vedere se ciò che sta pensando sta muovendo il braccio nella giusta direzione o meno. Alla fine, abbiamo tolto quelle rotelle e le abbiamo dato il pieno controllo.

Entro il secondo giorno di utilizzo, la partecipante è stata in grado di muovere il braccio in tre dimensioni da sola. Con la pratica, è stata in grado di spostare cubi e altri oggetti attorno a un tavolo e persino di raccogliere un sasso da due libbre. La donna continua a lavorare con i ricercatori. Recentemente è stata in grado di prendere un pezzo di cioccolato e nutrirsi, dice Schwartz.

Come un midollo spinale, il braccio robotico utilizzato nello studio ha una certa capacità di controllare il proprio movimento. Anni di studio sui primati su come la corteccia motoria coordina i movimenti delle mani hanno aiutato il team a sviluppare la tecnologia in grado di tradurre i pensieri dei partecipanti in movimenti più fluidi e naturali, afferma Gregoire Courtine , neuroscienziato presso il Politecnico federale di Losanna in Svizzera.

Quando gli animali si muovono, seguono determinate regole e si scopre che possiamo captarlo nei segnali neurali che registriamo dalla corteccia motoria, dice Schwartz.

Il braccio, sviluppato nell'ambito di un contratto della Defense Advanced Research Projects Agency, ha 17 motori che controllano 26 articolazioni in quello che è il sistema di arti artificiali più sofisticato al mondo. Il braccio è stato progettato per essere in grado di imitare un arto umano, afferma Michael McLoughlin, responsabile del programma per il Progetto dell'arto protesico modulare , che ha sede presso la Johns Hopkins University nel Maryland. Il team della Johns Hopkins ha costruito sei degli arti robotici utilizzati da diversi gruppi di ricerca negli Stati Uniti, afferma McLoughlin.

Un passo successivo cruciale per il team di Pittsburgh sarà l'incorporazione del feedback sensoriale nella protesi. Il braccio ha oltre 100 sensori, afferma McLoughlin, in grado di rilevare vibrazioni, pressione, temperatura e altro. Il team sta anche lavorando allo sviluppo di una versione wireless dell'interfaccia cervello-macchina in modo che i partecipanti non debbano avere l'elettronica che sporge dalle loro teste.

I ricercatori sperano anche di reclutare più partecipanti per lavorare con la protesi e di continuare a migliorare la tecnologia in modo che un giorno le stranezze di laboratorio possano essere tradotte in uso terapeutico, afferma Schwartz.

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