Integración sensoriomotora propioceptiva con interfaces neurales para prótesis de mano (PSI)

Las manos son el principal medio de interacción con el mundo, y los Veteranos que han perdido una mano deben hacer frente a capacidades sensoriales y funcionales disminuidas. Si bien las prótesis mioeléctricas pueden restaurar la función de agarre básica de la mano perdida, muchos amputados abandonan el uso de prótesis porque las opciones protésicas actuales no satisfacen sus necesidades. Además, muchos amputados luchan contra el dolor fantasma y los déficits psicosociales tras la pérdida de una extremidad que no se mitigan por completo con los tratamientos actuales.

En el sistema sensoriomotor normal, la propiocepción, que es el sentido de la posición y el movimiento de las extremidades, es fundamental para informar los planes motores y corregir errores de movimiento. Además, la propiocepción juega un papel clave en la propiedad del cuerpo, la agencia y el dolor fantasma. A pesar de su importancia, la propiocepción está ausente en las opciones protésicas actuales.

El objetivo del proyecto propuesto es hacer que los dispositivos protésicos de las extremidades superiores sean más naturales y útiles para los veteranos que han perdido una mano al brindar retroalimentación propioceptiva sobre las posturas y los movimientos de la prótesis. La hipótesis central es que cerrar efectivamente el ciclo entre un usuario de prótesis y su dispositivo requiere que las entradas sensoriales y las salidas de control imiten de cerca los procesos neuronales sensoriomotores subyacentes del esquema corporal. Los investigadores examinarán la integración de la propiocepción artificial con el control de prótesis en tres amputados transradiales y tres transhumerales utilizando el sistema de interfaz neural implantado por los investigadores.

Objetivo 1. Caracterizar las sensaciones propioceptivas provocadas por la estimulación de los nervios periféricos. Los investigadores probarán los patrones de Estimulación de Nervios Periféricos (PNS) que varían en el tiempo y examinarán el impacto en la cinemática de la percepción propioceptiva evocada utilizando la coincidencia de posición con la extremidad intacta contralateral y análisis de regresión multivariados. Los investigadores estudiarán las estrategias de estimulación agonista-antagonista emparejadas y compararán la discriminabilidad entre las estrategias de agonista solo y las de agonista-antagonista emparejado mediante pruebas psicométricas.

Objetivo 2. Investigar los mecanismos de propiocepción evocada por estimulación. Se desconoce la base neurofisiológica de la propiocepción del SNP. Para investigar si las percepciones propioceptivas se originan a partir de la activación aferente directa o del reclutamiento indirecto a través de la activación muscular directa, los investigadores realizarán un bloqueo motor del antebrazo residual de los participantes transradiales y examinarán los cambios en las percepciones propioceptivas. En los participantes transhumerales, la reinervación muscular específica se realizará en el momento del implante del sistema, y ​​las percepciones se compararán antes y después del crecimiento muscular.

Objetivo 3. Determinar la integración de la estimulación propioceptiva con el control motor durante la adaptación de la postura. Para restaurar la propiocepción en los veteranos durante el uso activo de prótesis, las percepciones evocadas por el SNP deben integrarse con el control voluntario de las extremidades. Los investigadores determinarán el impacto de la propiocepción en el control motor a través de una tarea de coincidencia de postura de realidad virtual y compararán el rendimiento con controladores manuales protésicos basados ​​en la velocidad y la posición con y sin SNP propioceptivo. En segundo lugar, los investigadores determinarán el impacto del control voluntario en la percepción de la propiocepción evocada por el SNP a través de una tarea de calificación de disimilitud psicométrica. En tercer lugar, los investigadores evaluarán el impacto de la propiocepción artificial en la realización a través de encuestas.

El proyecto será el primero en investigar la integración sensoriomotora de la propiocepción del SNP en una amplia población de amputados de miembros superiores y con controladores tanto de posición como de velocidad. El estudio proporcionará información importante sobre la cinemática de la propiocepción artificial y el papel de la activación muscular directa en la formación de percepciones propioceptivas. Los investigadores esperan que el conocimiento adquirido en esta propuesta mejore la utilidad y la aceptación de la prótesis para los veteranos con pérdida de una extremidad y avance en la tecnología de la mano protésica y el estándar de atención en el campo de la neurorrehabilitación.