Affe steuert gliedmaßen bewegungen von 'avatar' mit seinem geist


Affe steuert gliedmaßen bewegungen von 'avatar' mit seinem geist

Im Film Benutzerbild , Die Menschen betreiben die Körper einer menschlich-hybriden Spezies, genannt Na'vi, mit ihren Köpfen. Jetzt haben Forscher von der Harvard Medical School in Boston, MA, eine ähnliche Technik bei Affen durchgeführt - mit neuronalen Geräten, die einen Alarm-Affen erlaubten, den Geist von einem zu kontrollieren, der vorübergehend gelähmt wurde.

Das Forschungsteam, darunter Ziv Williams der Abteilung für Neurochirurgie an der Harvard Medical School, sagt, dass die Ergebnisse einen Beweis für das Konzept darstellen, dass solche Strategien bei der Rehabilitation von Patienten, die gelähmt sind, verwendet werden könnten.

Die Forschung wurde vor kurzem in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation .

Nach den Ermittlern hat die bisherige Forschung gezeigt, dass Neuronen in vielen Teilen des Gehirns in der Lage sind, externe Geräte wie einen Cursor auf einem Computerbildschirm zu steuern. Diese direkte Kommunikation ist als Gehirn-Maschine-Schnittstelle (BMI) bekannt.

Die Forscher sagen, dass neuere Studien sogar gezeigt haben, dass die Verwendung von BMIs möglicherweise Roboter-Gliedmaßen kontrollieren könnte.

In 2012, Medical-Diag.com Berichtete über eine Studie, die dargelegt hat, wie eine gelähmte Frau in der Lage war, eine Roboterprothese mit ihren Gedanken zu kontrollieren.

Aber das Forscherteam stellt fest, dass, obwohl solche Erkenntnisse ein wichtiger Schritt in der Motorsteuerung sind, ein weiteres wichtiges Ziel war, zu bestimmen, wie ein gelähmtes Individuum die Bewegung der eigenen Glieder kontrollieren kann.

Allerdings, die Studie Autoren sagen, es gab Probleme dieses Ziel zu erreichen.

"Im Gegensatz zur Kontrolle von externen Geräten ist ein deutliches Problem bei der Erreichung der Gliedmaßenbewegungssteuerung, dass die Leistung des Motorsystems - zum Beispiel der Kortikospinaltrakt und seine damit verbundenen Affärente - in der Regel nicht explizit bekannt ist", erklären sie.

"Die genaue Kombination von aufeinanderfolgenden agonistischen und antagonistischen Muskelkontraktionen, die natürlich verwendet werden, um die Gliedmaßenbewegung zu verschiedenen Zielen im Raum zu erzeugen, ist schwierig, explizit zu ermitteln oder zu reproduzieren."

Aber die Forscher sagen, dass sie darauf abzielen, diese Probleme zu lösen, indem sie sich auf die spezifischen Bewegungsziele selbst konzentrieren, anstatt in Bewegungsbahn zu intervenieren.

Avatar-Affe kontrolliert durch voraufgezeichnete neuronale Aktivität

Für die Studie, das Forschungsteam verwendet zwei Rhesus macaque Affen im Alter zwischen 6 und 8 Jahre alt.

Ein Affe wurde sediert und als "Avatar" verwendet, während der andere als "Meister" Affe verwendet wurde. Beide Affen nahmen abwechselnd entweder der Avatar oder der Meister während verschiedener Sessions.

Die neue Studie Details, wie ein "Master" Affe war in der Lage, die Gliedmaßen Bewegungen eines sedierten "avatar" Affen mit voraufgezeichneten neuronalen Aktivität zu kontrollieren.

Die Forscher implantierten einen Chip in das Gehirn des Master-Affen, die die Aktivität von bis zu 100 Neuronen überwacht.

Der Avatar-Affe hatte bis zu 36 Elektroden, die in das Rückenmark eingepflanzt wurden. Es wurden Versuche durchgeführt, um zu bestimmen, wie verschiedene Elektrodenkombinationen die Bewegung des Affen beeinflussten.

Die physischen Bewegungen des Meisteraffe wurden mit den Mustern der elektrischen Aktivität gepaart, die in den Neuronen stattfanden.

Beide Affen wurden dann miteinander verbunden, mit dem Master-Affen, der Bewegungssignale an das Rückenmark und die Muskeln des avatar-Affen sendet.

"Der Affe, der als Meister fungierte, war verantwortlich für die Kontrolle der Bewegung auf der Grundlage von kortisch aufgezeichneten neuronalen Aktivitäten, und der andere sedierte Affe fungierte als Avatar und war verantwortlich für die Erzeugung von Bewegungen auf der Grundlage von distalen Rückenmark und / oder Muskelstimulationen", erklären die Forscher.

Der Avatar-Affe hielt einen Joystick, während der Meister Affe dachte über die Leitung eines Cursors auf einem Bildschirm präsentiert.

"Wenn der [Meister] Affe daran dachte, ihren Arm nach oben zu bewegen, würde das Rückenmark [des Avatars] angeregt werden, die Gliedmaßenbewegung zu demselben Aufwärtsort zu entlocken", erklärte Williams Medical-Diag.com .

Nach der Durchführung einer Reihe von Experimenten, fanden die Forscher, dass der Meister Affe war in der Lage, genau zu kontrollieren, die Arm-Bewegung der Avatare Affen in 80-90% der Tests.

Was die Erkenntnisse anbelangt, sagt die Forschung:

Wir zeigen, dass sowohl die dekodierten Aktivitäten der Premotorpopulationen als auch ihre adaptiven Reaktionen nach kurzer Schulung genutzt werden können, um das Glied eines Avatars effektiv auf bestimmte, auf einem Bildschirm angezeigte Ziele zu richten."

Potenzielle Behandlung der Lähmung

Nach der Christopher- und Dana-Reeve-Stiftung gibt es etwa 6 Millionen Menschen in den USA mit Lähmung - das entspricht 1 von 50 Personen.

Die Ermittler kommen zu dem Schluss, dass sie hoffen, dass ihre Erkenntnisse zu Ansätzen führen, die eine schnellere Wiederherstellung und Wiederherstellung der Gliedmaßenbewegung bei Patienten mit Lähmung ermöglichen.

Williams sagte Medical-Diag.com :

In der Zukunft kann es möglich sein, einen Mikrochip im Gehirn und einen anderen Mikrochip im Rückenmark unterhalb der Verletzungsstelle zu implantieren und sie dann mit einem Mini-Computer zu verbinden, um eine funktionelle Gehirn-zu-Wirbelsäule-Bypass zu schaffen Kann das eigene gelähmte Glied reanimieren."

Er sagte uns, dass das Forscherteam plant, einen ähnlichen neuronalen Prozess zu schaffen, was in dieser Studie verwendet wurde, aber einer, der in der Lage sein wird, "Bewegungen mit viel feinerer Auflösung und im 3D-Raum zu machen".

"Letztlich ist unsere Hoffnung, mit der Übersetzung eines dieser Arbeiten in den klinischen Gebrauch zu beginnen", fügte er hinzu.

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