Proprioceptiv sensorimotorisk integration med neurale grænseflader til håndproteser (PSI)

Hænder er det primære middel til at interagere med verden, og veteraner, der har mistet en hånd, må klare sig med nedsatte funktionelle og sensoriske evner. Mens myoelektriske proteser kan genoprette den tabte hånds grundlæggende gribefunktion, opgiver mange amputerede brugen af ​​proteser, fordi de nuværende protesemuligheder ikke opfylder deres behov. Derudover kæmper mange amputerede med fantomsmerter og psykosociale mangler efter tab af lemmer, som ikke er fuldt afbødet af nuværende behandlinger.

I det normale sansemotoriske system er proprioception, som er følelsen af ​​lemmerposition og bevægelse, afgørende for at informere motoriske planer og korrigere bevægelsesfejl. Derudover spiller proprioception en nøglerolle i kropsejerskab, handlefrihed og fantomsmerter. På trods af dens betydning er proprioception fraværende i de nuværende protesemuligheder.

Målet med det foreslåede projekt er at gøre overekstremitetsproteser mere naturlige og nyttige for veteraner, der har mistet en hånd, ved at give proprioceptiv feedback om protesestillinger og bevægelser. Den centrale hypotese er, at en effektiv lukning af sløjfen mellem en protesebruger og deres enhed kræver, at sensoriske input og kontroloutput nøje efterligner de underliggende sensorimotoriske neurale processer i kropsskemaet. Efterforskerne vil undersøge integration af kunstig proprioception med protesekontrol hos tre transradiale og tre transhumerale amputerede ved hjælp af efterforskernes implanterede neurale interfacing-system.

Formål 1. Karakterisere proprioceptive fornemmelser fremkaldt af perifer nervestimulation. Forskerne vil teste tidsvarierende Perifer Nerve Stimulation (PNS) mønstre og undersøge indvirkningen på kinematik af den fremkaldte proprioceptive percept ved hjælp af positionsmatchning med de kontralaterale intakte lemmer og multivariate regressionsanalyser. Efterforskerne vil undersøge parrede agonist-antagonist-stimuleringsstrategier og sammenligne skelnen mellem agonist-kun og parrede agonist-antagonist-strategier ved hjælp af psykometriske tests.

Formål 2. Undersøg mekanismerne for stimulationsfremkaldt proprioception. Det neurofysiologiske grundlag for proprioception fra PNS er ukendt. For at undersøge, om proprioceptive perceptives stammer fra direkte afferent aktivering eller indirekte rekruttering via direkte muskelaktivering, vil efterforskerne udføre en motorisk blokering af den resterende underarm hos trans-radiale deltagere og undersøge ændringer i de proprioceptive percepts. Hos transhumerale deltagere vil målrettet muskelrennervation blive udført på tidspunktet for systemimplantation, og percepterne vil blive sammenlignet før og efter muskelindvækst.

Formål 3. Bestem integrationen af ​​proprioceptiv stimulation med motorisk kontrol under stillingstilpasning. For at genoprette proprioception til veteraner under aktiv protesebrug, skal PNS-fremkaldte percepter integreres med frivillig lemmerkontrol. Efterforskerne vil bestemme virkningen af ​​proprioception på motorisk kontrol gennem en virtual reality-stillingsopgave og sammenligne ydeevne med hastigheds- og positionsbaserede protetiske håndkontrollere med og uden proprioceptiv PNS. For det andet vil efterforskerne bestemme virkningen af ​​frivillig kontrol på opfattelsen af ​​PNS-fremkaldt proprioception gennem en psykometrisk ulighedsvurderingsopgave. For det tredje vil efterforskerne vurdere virkningen af ​​kunstig proprioception på legemliggørelse via undersøgelser.

Projektet vil være det første til at undersøge den sansemotoriske integration af proprioception fra PNS i en bred population af amputerede overlemmer og med både positions- og hastighedsregulatorer. Undersøgelsen vil give vigtig information om kinematik af kunstig proprioception og den rolle, som direkte muskelaktivering spiller i dannelsen af ​​proprioceptive opfattelser. Efterforskerne forventer, at viden opnået i dette forslag vil forbedre proteseanvendelighed og accept for veteraner med tab af lemmer og vil fremme håndproteseteknologi og standard for pleje inden for neurorehabiliteringsområdet.