Visuomotorische prothese voor verlamming

Het doel van het voorgestelde onderzoek is het verkrijgen van wetenschappelijke kennis van visuomotorische transformaties in de posterieure pariëtale cortex (PPC) en de primaire motorische cortex (M1) van tetraplegische proefpersonen in een klinische studie om de ontwikkeling van neurale prothesen te bevorderen. We hebben in klinische onderzoeken die de afgelopen 6 jaar zijn uitgevoerd, aangetoond dat PPC neurale prothesen kan aansturen om patiënten met tetraplegie te helpen. Andere groepen hebben zich geconcentreerd op M1 en vinden ook controle over neurale prothesen. In onze studies van PPC hebben we ontdekt dat er naast trajectsignalen om robotachtige ledematen te bewegen of computercursors te besturen, een overvloed aan visuomotorische signalen zijn die de beoogde bewegingen van het grootste deel van het lichaam, bewegingsdoelen, cognitieve strategieën en zelfs geheugensignalen vertegenwoordigen. Onze centrale hypothese is dat PPC en M1 visuomotorische parameters op zowel vergelijkbare als verschillende manieren zullen coderen, en dat algoritmen kunnen worden ontwikkeld om die signalen uit de twee complementaire gebieden te benutten om het prothetische bereik en de prestaties te verbeteren. Implantaten zullen worden gemaakt in zowel M1 als PPC, waardoor gelijktijdige opname bij dezelfde proefpersonen mogelijk wordt, waardoor de bezorgdheid toeneemt over het vergelijken van gegevens van verschillende laboratoria die zijn verzameld bij verschillende personen met verschillende implantaten en verschillende taken.

Deze centrale hypothese zal worden getest in twee brede doelstellingen, waarvoor we substantiële voorlopige gegevens hebben. Doel 1 onderzoekt de aansturing van het lichaam door de twee gebieden. Er wordt verondersteld dat M1 een sterke specificiteit zal vertonen voor het contralaterale ledemaat (implantaten zullen in de handknop worden gemaakt), terwijl PPC bewegingen voor het grootste deel van het lichaam en aan zowel contra- als ipsilaterale zijden zal coderen door gebruik te maken van de gedeeltelijk gemengde codering van parameters (subaim 1a). Terwijl verondersteld wordt dat M1 uitsluitend ruimtelijke variabelen codeert tijdens gepoogde of ingebeelde acties, wordt verondersteld dat PPC ook cognitieve ruimtelijke variabelen codeert in taakgeschikte referentieframes (subaim 1b). In subdoel 1c zullen we onderzoeken hoe meerdere lichaamsdelen worden gecombineerd in bewegingsrepresentaties, waarbij we veronderstellen dat M1 en PPC een diverse reeks mechanismen zullen gebruiken, waaronder lineaire sommatie, niet-lineaire combinaties en bewegingsonderdrukking die op verschillende manieren wordt uitgedrukt als een functie van het hersengebied. en de specifieke bewegingsset.

Doel 2 onderzoekt de temporele aspecten van codering in de twee gebieden. In subdoel 2a testen we de hypothese dat de neurale dynamiek tijdens aanhoudende beweging in beide gebieden grotendeels onveranderlijk is. In subdoel 2b veronderstellen we dat tijdens sequentiële bewegingen M1 alleen de lopende beweging codeert, terwijl PPC zowel de huidige als volgende bewegingen codeert. Ten slotte onderzoeken we in subdoel 2c de codering van bewegingssnelheid, met de hypothese dat er aparte deelruimten zijn in zowel M1 als PPC voor richting en snelheid van beweging.