Proprioceptivní senzomotorická integrace s neurálními rozhraními pro ruční protézy (PSI)

Ruce jsou primárním prostředkem interakce se světem a veteráni, kteří o ruku přišli, se musí vyrovnat se sníženými funkčními a smyslovými schopnostmi. Zatímco myoelektrické protézy mohou obnovit základní úchopovou funkci ztracené ruky, mnoho lidí po amputaci opouští protézy, protože současné možnosti protetiky nesplňují jejich potřeby. Kromě toho mnoho lidí po amputaci bojuje s fantomovou bolestí a psychosociálními deficity po ztrátě končetiny, které nejsou plně zmírněny současnou léčbou.

V normálním senzomotorickém systému je propriocepce, což je smysl pro polohu a pohyb končetin, rozhodující pro informování motorických plánů a nápravu chyb v pohybu. Kromě toho hraje propriocepce klíčovou roli ve vlastnictví těla, působivosti a fantomové bolesti. Navzdory své důležitosti chybí propriocepce v současných možnostech protetiky.

Cílem navrhovaného projektu je učinit protetické pomůcky horní končetiny přirozenějšími a užitečnějšími pro veterány, kteří přišli o ruku, poskytováním proprioceptivní zpětné vazby o pozicích a pohybech protézy. Ústřední hypotézou je, že účinné uzavření smyčky mezi uživatelem protézy a jeho zařízením vyžaduje, aby senzorické vstupy a řídicí výstupy úzce napodobovaly základní senzomotorické nervové procesy tělesného schématu. Vyšetřovatelé budou zkoumat integraci umělé propriocepce s kontrolou protézy u tří transradiálních a tří transhumerálních amputátů pomocí implantovaného systému neurálního rozhraní.

Cíl 1. Charakterizovat proprioceptivní vjemy vyvolané stimulací periferních nervů. Vyšetřovatelé budou testovat časově proměnlivé vzory stimulace periferních nervů (PNS) a zkoumat dopad na kinematiku evokovaného proprioceptivního vnímání pomocí přizpůsobení polohy s kontralaterální intaktní končetinou a multivariační regresní analýzy. Vyšetřovatelé budou zkoumat párové strategie stimulace agonista-antagonista a porovnávat rozlišitelnost mezi strategiemi pouze agonista a párovými strategiemi agonista-antagonista pomocí psychometrických testů.

Cíl 2. Prozkoumat mechanismy stimulací vyvolané propriocepce. Neurofyziologický základ propriocepce z PNS není znám. Aby prozkoumali, zda proprioceptivní vjemy pocházejí z přímé aferentní aktivace nebo nepřímého náboru prostřednictvím přímé svalové aktivace, vyšetřovatelé provedou motorický blok reziduálního předloktí transradiálních účastníků a prozkoumají změny proprioceptivních vjemů. U transhumerálních účastníků bude v době implantace systému provedena cílená svalová reinervace a vjemy budou porovnány před a po svalovém prorůstání.

Cíl 3. Určit integraci proprioceptivní stimulace s motorickou kontrolou při přizpůsobování polohy. K obnovení propriocepce u veteránů během aktivního používání protézy musí být vjemy vyvolané PNS integrovány s dobrovolnou kontrolou končetin. Vyšetřovatelé určí dopad propriocepce na ovládání motoru prostřednictvím úlohy přizpůsobení pozice ve virtuální realitě a porovnají výkon s protetickými ručními ovladači založenými na rychlosti a poloze s proprioceptivním PNS a bez něj. Za druhé, vyšetřovatelé určí dopad dobrovolné kontroly na vnímání propriocepce vyvolané PNS prostřednictvím psychometrického hodnocení odlišnosti. Za třetí, vyšetřovatelé posoudí dopad umělé propriocepce na ztělesnění prostřednictvím průzkumů.

Projekt bude prvním, který bude zkoumat senzomotorickou integraci propriocepce z PNS v široké populaci pacientů s amputací horních končetin as regulátory polohy a rychlosti. Studie poskytne důležité informace o kinematice umělé propriocepce a roli přímé svalové aktivace při formování proprioceptivních vjemů. Vyšetřovatelé očekávají, že znalosti získané v tomto návrhu zlepší použitelnost a přijetí protéz pro veterány se ztrátou končetiny a posunou technologii protetické ruky a standard péče v oblasti neurorehabilitace.