Integrazione sensomotoria propriocettiva con interfacce neurali per protesi di mano (PSI)

Le mani sono il mezzo principale per interagire con il mondo e i veterani che hanno perso una mano devono far fronte a capacità funzionali e sensoriali ridotte. Mentre le protesi mioelettriche possono ripristinare la funzione di presa di base della mano persa, molti amputati abbandonano l'uso delle protesi perché le attuali opzioni protesiche non soddisfano le loro esigenze. Inoltre, molti amputati lottano con dolore fantasma e deficit psicosociali a seguito della perdita degli arti che non sono completamente mitigati dai trattamenti attuali.

Nel normale sistema sensomotorio, la propriocezione, che è il senso della posizione e del movimento degli arti, è fondamentale per informare i piani motori e correggere gli errori di movimento. Inoltre, la propriocezione gioca un ruolo chiave nella proprietà del corpo, nell'agire e nel dolore fantasma. Nonostante la sua importanza, la propriocezione è assente nelle attuali opzioni protesiche.

L'obiettivo del progetto proposto è quello di rendere i dispositivi protesici dell'arto superiore più naturali e utili per i veterani che hanno perso una mano fornendo un feedback propriocettivo sulle posture e sui movimenti della protesi. L'ipotesi centrale è che chiudere efficacemente il cerchio tra un utilizzatore di protesi e il suo dispositivo richieda che gli input sensoriali e gli output di controllo imitino da vicino i processi neurali sensomotori sottostanti dello schema corporeo. I ricercatori esamineranno l'integrazione della propriocezione artificiale con il controllo della protesi in tre amputati trans-radiale e tre trans-omerali utilizzando il sistema di interfacciamento neurale impiantato dei ricercatori.

Obiettivo 1. Caratterizzare le sensazioni propriocettive suscitate dalla stimolazione dei nervi periferici. Gli investigatori testeranno modelli di stimolazione nervosa periferica (PNS) variabili nel tempo ed esamineranno l'impatto sulla cinematica del percetto propriocettivo evocato utilizzando la corrispondenza della posizione con l'arto intatto controlaterale e analisi di regressione multivariata. Gli investigatori studieranno le strategie di stimolazione agonista-antagonista accoppiate e confronteranno la discriminabilità tra strategie solo agonista e agonista-antagonista accoppiate utilizzando test psicometrici.

Obiettivo 2. Indagare i meccanismi della propriocezione evocata da stimolazione. La base neurofisiologica della propriocezione da PNS è sconosciuta. Per indagare se i percetti propriocettivi provengono dall'attivazione afferente diretta o dal reclutamento indiretto tramite l'attivazione muscolare diretta, i ricercatori eseguiranno un blocco motorio dell'avambraccio residuo dei partecipanti trans-radiale ed esamineranno i cambiamenti ai percetti propriocettivi. Nei partecipanti trans-omerali, la reinnervazione muscolare mirata verrà eseguita al momento dell'impianto del sistema e le percezioni saranno confrontate prima e dopo la crescita muscolare.

Obiettivo 3. Determinare l'integrazione della stimolazione propriocettiva con il controllo motorio durante l'adattamento posturale. Per ripristinare la propriocezione ai veterani durante l'uso attivo della protesi, le percezioni evocate dal PNS devono essere integrate con il controllo volontario degli arti. Gli investigatori determineranno l'impatto della propriocezione sul controllo motorio attraverso un compito di corrispondenza della postura della realtà virtuale e confronteranno le prestazioni con i controller della mano protesica basati sulla velocità e sulla posizione con e senza PNS propriocettivo. In secondo luogo, i ricercatori determineranno l'impatto del controllo volontario sulla percezione della propriocezione evocata dal PNS attraverso un compito di valutazione della dissomiglianza psicometrica. In terzo luogo, i ricercatori valuteranno l'impatto della propriocezione artificiale sull'incarnazione tramite sondaggi.

Il progetto sarà il primo a studiare l'integrazione sensomotoria della propriocezione da PNS in un'ampia popolazione di amputati degli arti superiori e con controllori di posizione e velocità. Lo studio fornirà importanti informazioni sulla cinematica della propriocezione artificiale e sul ruolo dell'attivazione muscolare diretta nella formazione dei percetti propriocettivi. I ricercatori si aspettano che le conoscenze acquisite in questa proposta miglioreranno l'utilità e l'accettazione della protesi per i veterani con perdita degli arti e miglioreranno la tecnologia della mano protesica e lo standard di cura nel campo della neuroriabilitazione.