Intégration sensorimotrice proprioceptive avec des interfaces neurales pour les prothèses de la main (PSI)

Les mains sont le principal moyen d'interagir avec le monde, et les vétérans qui ont perdu une main doivent faire face à des capacités fonctionnelles et sensorielles réduites. Alors que les prothèses myoélectriques peuvent restaurer la fonction de préhension de base de la main perdue, de nombreux amputés abandonnent l'utilisation de prothèses car les options prothétiques actuelles ne répondent pas à leurs besoins. De plus, de nombreux amputés sont aux prises avec des douleurs fantômes et des déficits psychosociaux suite à la perte d'un membre qui ne sont pas entièrement atténués par les traitements actuels.

Dans le système sensorimoteur normal, la proprioception, qui est le sens de la position et du mouvement des membres, est essentielle pour informer les plans moteurs et corriger les erreurs de mouvement. De plus, la proprioception joue un rôle clé dans la propriété du corps, l'agentivité et la douleur fantôme. Malgré son importance, la proprioception est absente des options prothétiques actuelles.

L'objectif du projet proposé est de rendre les prothèses du membre supérieur plus naturelles et utiles pour les vétérans qui ont perdu une main en fournissant une rétroaction proprioceptive sur les postures et les mouvements de la prothèse. L'hypothèse centrale est que fermer efficacement la boucle entre un utilisateur de prothèse et son appareil nécessite que les entrées sensorielles et les sorties de contrôle imitent étroitement les processus neuronaux sensorimoteurs sous-jacents du schéma corporel. Les chercheurs examineront l'intégration de la proprioception artificielle avec le contrôle de la prothèse chez trois amputés transradiaux et trois amputés transhuméraux à l'aide du système d'interfaçage neuronal implanté par les chercheurs.

Objectif 1. Caractériser les sensations proprioceptives induites par la stimulation des nerfs périphériques. Les chercheurs testeront des schémas de stimulation nerveuse périphérique (PNS) variables dans le temps et examineront l'impact sur la cinématique du percept proprioceptif évoqué en utilisant l'appariement de position avec le membre intact controlatéral et des analyses de régression multivariées. Les chercheurs étudieront les stratégies de stimulation appariées agoniste-antagoniste et compareront la discriminabilité entre les stratégies agoniste seul et appariées agoniste-antagoniste à l'aide de tests psychométriques.

Objectif 2. Étudier les mécanismes de la proprioception induite par la stimulation. La base neurophysiologique de la proprioception du SNP est inconnue. Pour déterminer si les percepts proprioceptifs proviennent d'une activation afférente directe ou d'un recrutement indirect via une activation musculaire directe, les chercheurs effectueront un bloc moteur de l'avant-bras résiduel des participants transradiaux et examineront les modifications des percepts proprioceptifs. Chez les participants trans-huméraux, la réinnervation musculaire ciblée sera effectuée au moment de l'implantation du système, et les perceptions seront comparées avant et après la croissance musculaire.

Objectif 3. Déterminer l'intégration de la stimulation proprioceptive avec le contrôle moteur lors de l'adaptation de la posture. Pour restaurer la proprioception chez les vétérans lors de l'utilisation active de prothèses, les percepts évoqués par le SNP doivent être intégrés au contrôle volontaire des membres. Les chercheurs détermineront l'impact de la proprioception sur le contrôle moteur par le biais d'une tâche d'appariement de posture en réalité virtuelle et compareront les performances avec des contrôleurs de main prothétiques basés sur la vitesse et la position avec et sans SNP proprioceptif. Deuxièmement, les enquêteurs détermineront l'impact du contrôle volontaire sur la perception de la proprioception évoquée par le SNP grâce à une tâche d'évaluation de la dissimilarité psychométrique. Troisièmement, les chercheurs évalueront l'impact de la proprioception artificielle sur l'incarnation via des enquêtes.

Le projet sera le premier à étudier l'intégration sensorimotrice de la proprioception du SNP dans une large population d'amputés des membres supérieurs et avec des contrôleurs de position et de vitesse. L'étude fournira des informations importantes sur la cinématique de la proprioception artificielle et le rôle de l'activation musculaire directe dans la formation des percepts proprioceptifs. Les chercheurs s'attendent à ce que les connaissances acquises dans le cadre de cette proposition améliorent l'utilité et l'acceptation des prothèses pour les vétérans ayant perdu un membre et fassent progresser la technologie des prothèses de main et la norme de soins dans le domaine de la neuroréadaptation.