Vizuomotorická protetika pro paralýzu

Cílem navrhovaného výzkumu je získat vědecké poznatky o vizuomotorických transformacích v zadním parietálním kortexu (PPC) a primárním motorickém kortexu (M1) od tetraplegických subjektů v klinické studii s cílem posunout vývoj neurální protetiky. V klinických studiích provedených za posledních 6 let jsme ukázali, že PPC může ovládat nervovou protetiku pro pomoc tetraplegickým subjektům. Jiné skupiny se soustředily na M1 a rovněž našly kontrolu nad neurální protetikou. V našich studiích PPC jsme zjistili, že kromě signálů trajektorie pro pohyb robotických končetin nebo ovládání počítačových kurzorů existuje nepřeberné množství vizuomotorických signálů, které představují zamýšlené pohyby většiny těla, pohybové cíle, kognitivní strategie a dokonce i paměťové signály. Naší ústřední hypotézou je, že PPC a M1 budou kódovat vizuomotorické parametry podobným i odlišným způsobem a že lze vyvinout algoritmy pro využití těchto signálů ze dvou oblastí, které se doplňují ke zlepšení rozsahu a výkonu protetiky. Implantáty budou vyrobeny v M1 i PPC, což umožní simultánní záznam u stejných subjektů, což zvyšuje obavy z porovnávání dat z různých laboratoří shromážděných u různých jedinců s různými implantáty a různými úkoly.

Tato ústřední hypotéza bude testována ve dvou širokých cílech, pro které máme podstatná předběžná data. Cíl 1 bude zkoumat ovládání těla těmito dvěma oblastmi. Předpokládá se, že M1 bude vykazovat silnou specifitu pro kontralaterální končetinu (implantáty budou vyrobeny v ručním knoflíku), zatímco PPC bude kódovat pohyby pro většinu těla a na kontralaterální i ipsilaterální straně využitím svého částečně smíšeného kódování parametrů (subaim 1a). Zatímco u M1 se předpokládá, že kóduje prostorové proměnné výlučně během pokusů nebo imaginárních akcí, předpokládá se, že PPC také kóduje kognitivní prostorové proměnné v referenčních rámcích vhodných pro daný úkol (dílčí cíl 1b). V dílčím cíli 1c prozkoumáme, jak jsou různé části těla kombinovány v pohybových reprezentacích, přičemž předpokládáme, že M1 a PPC budou využívat různorodou sadu mechanismů včetně lineární sumace, nelineárních kombinací a potlačení pohybu vyjádřeného různými způsoby jako funkce oblasti mozku. a konkrétní pohybovou sadu.

Cíl 2 prozkoumá časové aspekty kódování v těchto dvou oblastech. V dílčím cíli 2a budeme testovat hypotézu, že neurální dynamika během trvalých období pohybu je v obou oblastech do značné míry neměnná. V dílčím cíli 2b předpokládáme, že během sekvenčních pohybů M1 kóduje pouze probíhající pohyb, zatímco PPC kóduje jak aktuální, tak následné pohyby. Nakonec v dílčím cíli 2c prozkoumáme kódování rychlosti pohybu s hypotézou, že v M1 i PPC existují samostatné podprostory pro směr a rychlost pohybu.