Visuomotorinen proteesi halvaukseen

Ehdotetun tutkimuksen tavoitteena on saada tieteellistä tietoa visuomotorisista transformaatioista posteriorissa parietaalisessa aivokuoressa (PPC) ja primaarisessa motorisessa aivokuoressa (M1) tetraplegisillä koehenkilöillä kliinisessä tutkimuksessa hermoproteesin kehityksen edistämiseksi. Olemme osoittaneet viimeisten kuuden vuoden aikana tehdyissä kliinisissä kokeissa, että PPC voi hallita hermoproteesia tetraplegisten henkilöiden auttamiseksi. Muut ryhmät ovat keskittyneet M1:een ja löytävät myös hermoproteesin hallinnan. PPC-tutkimuksissamme olemme havainneet, että robottiraajojen liikuttamiseen tai tietokoneen kohdistimien ohjaamiseen tarkoitettujen liikeratasignaalien lisäksi on olemassa lukuisia visuomotorisia signaaleja, jotka edustavat suurimman osan kehosta suunniteltuja liikkeitä, liiketavoitteita, kognitiivisia strategioita ja jopa muistisignaaleja. Keskeinen hypoteesimme on, että PPC ja M1 koodaavat visuomotorisia parametreja sekä samanlaisilla että eri tavoilla, ja että algoritmeja voidaan kehittää hyödyntämään näitä kahdelta alueelta tulevia signaaleja, jotka täydentävät proteesin kantaman ja suorituskyvyn parantamista. Implantteja tehdään sekä M1:ssä että PPC:ssä, mikä mahdollistaa samanaikaisen tallennuksen samoissa kohteissa, mikä lisää huolta eri laboratorioiden tietojen vertailusta, jotka on kerätty eri henkilöiltä, ​​joilla on eri implantit ja erilaiset tehtävät.

Tätä keskeistä hypoteesia testataan kahdessa laajassa tavoitteessa, joista meillä on merkittävää alustavaa tietoa. Tavoite 1 tutkii kehon hallintaa näiden kahden alueen avulla. Oletuksena on, että M1 osoittaa vahvaa spesifisyyttä vastakkaiselle raajalle (implantteja tehdään käden nuppiin), kun taas PPC koodaa liikkeitä suurimmalle osalle kehoa sekä kontra- että ipsilateraalisella puolella hyödyntämällä sen osittain sekoitettua parametrien koodausta (subaim). 1a). Kun M1:n oletetaan koodaavan spatiaalisia muuttujia yksinomaan yritettyjen tai kuviteltujen toimien aikana, oletetaan, että PPC koodaa myös kognitiivisia tilamuuttujia tehtävään sopiviin viitekehyksiin (alakohta 1b). Alakohdassa 1c tutkimme, kuinka useat kehon osat yhdistetään liikeesityksessä, olettaen, että M1 ja PPC käyttävät erilaisia ​​mekanismeja, mukaan lukien lineaarinen summaus, epälineaariset yhdistelmät ja liikkeen vaimennus ilmaistuna eri tavoin aivoalueen funktiona. ja tietty liikesarja.

Tavoite 2 tutkii koodauksen ajallisia näkökohtia näillä kahdella alueella. Alakohdassa 2a testataan hypoteesia, että hermodynamiikka jatkuvien liikejaksojen aikana on suurelta osin muuttumaton molemmilla alueilla. Alakohdassa 2b oletamme, että peräkkäisten liikkeiden aikana M1 koodaa vain meneillään olevan liikkeen, kun taas PPC koodaa sekä nykyiset että seuraavat liikkeet. Lopuksi alakohdassa 2c tarkastellaan liikkeen nopeuden koodausta sillä hypoteesilla, että sekä M1:ssä että PPC:ssä on erilliset aliavaruudet liikkeen suunnalle ja nopeudelle.