Visuomotorisk protese til lammelse

Formålet med den foreslåede forskning er at opnå videnskabelig viden om visuomotoriske transformationer i posterior parietal cortex (PPC) og primær motorisk cortex (M1) fra tetraplegiske forsøgspersoner i et klinisk forsøg for at fremme udviklingen af ​​neurale proteser. Vi har vist i kliniske forsøg udført over de sidste 6 år, at PPC kan kontrollere neurale proteser til at hjælpe tetraplegiske forsøgspersoner. Andre grupper har koncentreret sig om M1 og finder ligeledes kontrol for neurale proteser. I vores undersøgelser af PPC har vi fundet ud af, at udover banesignaler til at bevæge robotlemmer eller styre computermarkører, er der et væld af visuomotoriske signaler, der repræsenterer tilsigtede bevægelser af det meste af kroppen, bevægelsesmål, kognitive strategier og endda hukommelsessignaler. Vores centrale hypotese er, at PPC og M1 vil kode visuomotoriske parametre på både ens og forskellige måder, og at algoritmer kan udvikles til at udnytte disse signaler fra de to områder, der er komplementære til at forbedre protesens rækkevidde og ydeevne. Implantater vil blive lavet i både M1 og PPC, hvilket muliggør samtidig optagelse i de samme emner, hvilket øger bekymringerne for at sammenligne data fra forskellige laboratorier indsamlet hos forskellige individer med forskellige implantater og forskellige opgaver.

Denne centrale hypotese vil blive testet i to brede formål, for hvilke vi har væsentlige foreløbige data. Mål 1 vil undersøge kontrollen af ​​kroppen ved de to områder. Det antages, at M1 vil demonstrere stærk specificitet for det kontralaterale lem (implantater vil blive lavet i håndknappen), mens PPC vil kode bevægelser for det meste af kroppen og på både kontra- og ipsilaterale sider ved at udnytte dens delvist blandede kodning af parametre (undermål 1a). Mens M1 antages at kode rumlige variable udelukkende under forsøgte eller forestillede handlinger, antages det, at PPC også koder kognitive rumlige variable i opgaveegnede referencerammer (undermål 1b). I delmål 1c vil vi undersøge, hvordan flere kropsdele kombineres i bevægelsesrepræsentationer, idet vi antager, at M1 og PPC vil anvende et mangfoldigt sæt af mekanismer, herunder lineær summering, ikke-lineære kombinationer og bevægelsesundertrykkelse udtrykt på forskellige måder som en funktion af hjernearealet og det specifikke bevægelsessæt.

Mål 2 vil undersøge de tidsmæssige aspekter af kodning i de to områder. I delmål 2a vil vi teste hypotesen om, at den neurale dynamik under vedvarende bevægelsesperioder stort set er uændret i begge områder. I undermål 2b antager vi, at under sekventielle bevægelser koder M1 kun den igangværende bevægelse, mens PPC koder både den nuværende og efterfølgende bevægelser. Til sidst vil vi i delmål 2c undersøge kodningen af ​​bevægelseshastighed med den hypotese, at der er separate underrum i både M1 og PPC for bevægelsesretning og -hastighed.