Propriozeptive sensomotorische Integration mit neuronalen Schnittstellen für Handprothesen (PSI)

Hände sind das wichtigste Mittel zur Interaktion mit der Welt, und Veteranen, die eine Hand verloren haben, müssen mit eingeschränkten funktionellen und sensorischen Fähigkeiten fertig werden. Während myoelektrische Prothesen die grundlegende Greiffunktion der verlorenen Hand wiederherstellen können, verzichten viele Amputierte auf die Verwendung von Prothesen, weil die derzeitigen prothetischen Optionen ihren Bedürfnissen nicht entsprechen. Darüber hinaus kämpfen viele Amputierte mit Phantomschmerzen und psychosozialen Defiziten nach dem Verlust von Gliedmaßen, die durch die derzeitigen Behandlungen nicht vollständig gemildert werden.

Im normalen sensomotorischen System ist die Propriozeption, also das Gefühl für die Position und Bewegung der Gliedmaßen, entscheidend für die Information über motorische Pläne und die Korrektur von Bewegungsfehlern. Darüber hinaus spielt die Propriozeption eine Schlüsselrolle bei Körperbesitz, Handlungsfähigkeit und Phantomschmerz. Trotz ihrer Bedeutung fehlt die Propriozeption in aktuellen prothetischen Optionen.

Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es, Prothesen für die oberen Extremitäten für Veteranen, die eine Hand verloren haben, natürlicher und nützlicher zu machen, indem propriozeptives Feedback über Prothesenhaltungen und -bewegungen gegeben wird. Die zentrale Hypothese ist, dass das effektive Schließen der Schleife zwischen einem Prothesenbenutzer und seinem Gerät erfordert, dass die sensorischen Eingaben und Kontrollausgaben die zugrunde liegenden sensomotorischen neuralen Prozesse des Körperschemas genau nachahmen. Die Forscher werden die Integration der künstlichen Propriozeption mit der Prothesensteuerung bei drei transradial und drei transhumeral Amputierten unter Verwendung des implantierten neuralen Schnittstellensystems der Forscher untersuchen.

Ziel 1. Charakterisierung propriozeptiver Empfindungen, die durch periphere Nervenstimulation hervorgerufen werden. Die Forscher werden zeitvariable Muster der peripheren Nervenstimulation (PNS) testen und die Auswirkungen auf die Kinematik der evozierten propriozeptiven Wahrnehmung untersuchen, indem sie Positionsabgleich mit der kontralateralen intakten Extremität und multivariate Regressionsanalysen verwenden. Die Forscher werden gepaarte Agonist-Antagonist-Stimulationsstrategien untersuchen und die Unterscheidbarkeit zwischen Agonist-only- und gepaarten Agonist-Antagonist-Strategien unter Verwendung psychometrischer Tests vergleichen.

Ziel 2. Untersuchung der Mechanismen der stimulationsevozierten Propriozeption. Die neurophysiologische Grundlage der Propriozeption von PNS ist unbekannt. Um zu untersuchen, ob propriozeptive Wahrnehmungen aus direkter afferenter Aktivierung oder indirekter Rekrutierung durch direkte Muskelaktivierung stammen, führen die Forscher eine motorische Blockade des verbleibenden Unterarms transradialer Teilnehmer durch und untersuchen Veränderungen der propriozeptiven Wahrnehmungen. Bei transhumeralen Teilnehmern wird zum Zeitpunkt der Systemimplantation eine gezielte Muskelreinnervation durchgeführt, und die Wahrnehmungen werden vor und nach dem Muskeleinwachsen verglichen.

Ziel 3. Bestimmen Sie die Integration der propriozeptiven Stimulation mit der motorischen Kontrolle während der Haltungsanpassung. Um die Propriozeption bei Veteranen während des aktiven Prothesengebrauchs wiederherzustellen, müssen PNS-evozierte Wahrnehmungen mit freiwilliger Gliedmaßenkontrolle integriert werden. Die Forscher werden den Einfluss der Propriozeption auf die motorische Kontrolle durch eine Virtual-Reality-Haltungsanpassungsaufgabe bestimmen und die Leistung mit geschwindigkeits- und positionsbasierten prothetischen Handsteuerungen mit und ohne propriozeptivem PNS vergleichen. Zweitens werden die Ermittler die Auswirkungen der freiwilligen Kontrolle auf die Wahrnehmung der PNS-evozierten Propriozeption durch eine psychometrische Bewertungsaufgabe zur Unähnlichkeit bestimmen. Drittens werden die Ermittler die Auswirkungen der künstlichen Propriozeption auf die Verkörperung durch Umfragen bewerten.

Das Projekt wird das erste sein, das die sensomotorische Integration der Propriozeption von PNS in einer breiten Population von Amputierten der oberen Extremitäten und mit sowohl Positions- als auch Geschwindigkeitsreglern untersucht. Die Studie wird wichtige Informationen über die Kinematik der künstlichen Propriozeption und die Rolle der direkten Muskelaktivierung bei der Bildung propriozeptiver Wahrnehmungen liefern. Die Forscher erwarten, dass die in diesem Vorschlag gewonnenen Erkenntnisse den Nutzen und die Akzeptanz von Prothesen für Veteranen mit Gliedmaßenverlust verbessern und die Handprothesentechnologie und den Versorgungsstandard im Bereich der Neurorehabilitation voranbringen werden.