Proprioceptieve sensomotorische integratie met neurale interfaces voor handprothesen (PSI)

Handen zijn het belangrijkste middel om met de wereld om te gaan, en veteranen die een hand hebben verloren, moeten omgaan met verminderde functionele en zintuiglijke vermogens. Hoewel myo-elektrische prothesen de basisgrijpfunctie van de verloren hand kunnen herstellen, stoppen veel geamputeerden met het gebruik van prothesen omdat de huidige prothetische opties niet aan hun behoeften voldoen. Bovendien worstelen veel geamputeerden met fantoompijn en psychosociale tekorten na het verlies van ledematen die niet volledig kunnen worden verzacht door de huidige behandelingen.

In het normale sensomotorische systeem is proprioceptie, het gevoel van positie en beweging van ledematen, van cruciaal belang voor het informeren van motorische plannen en het corrigeren van bewegingsfouten. Bovendien speelt proprioceptie een sleutelrol bij lichaamseigendom, keuzevrijheid en fantoompijn. Ondanks het belang ervan is proprioceptie afwezig in de huidige prothetische opties.

Het doel van het voorgestelde project is om prothesen voor de bovenste ledematen natuurlijker en nuttiger te maken voor veteranen die een hand hebben verloren door proprioceptieve feedback te geven over de houdingen en bewegingen van de prothese. De centrale hypothese is dat het effectief sluiten van de lus tussen een prothesegebruiker en zijn apparaat vereist dat de sensorische inputs en controle-outputs de onderliggende sensomotorische neurale processen van het lichaamsschema nauwkeurig nabootsen. De onderzoekers zullen de integratie van kunstmatige proprioceptie met prothesecontrole onderzoeken bij drie transradiale en drie transhumerale geamputeerden met behulp van het door de onderzoekers geïmplanteerde neurale interfacesysteem.

Doel 1. Karakteriseren van proprioceptieve gewaarwordingen die worden opgewekt door stimulatie van perifere zenuwen. De onderzoekers zullen in de tijd variërende patronen van perifere zenuwstimulatie (PNS) testen en de impact op de kinematica van de opgeroepen proprioceptieve perceptie onderzoeken met behulp van positie-overeenkomst met de contralaterale intacte ledemaat en multivariate regressieanalyses. De onderzoekers zullen gepaarde agonist-antagonist-stimulatiestrategieën onderzoeken en de onderscheidbaarheid tussen agonist-only en gepaarde agonist-antagonist-strategieën vergelijken met behulp van psychometrische tests.

Doel 2. Onderzoeken van de mechanismen van stimulatie-opgewekte proprioceptie. De neurofysiologische basis van proprioceptie van PNS is onbekend. Om te onderzoeken of proprioceptieve waarnemingen afkomstig zijn van directe afferente activatie of indirecte rekrutering via directe spieractivatie, zullen de onderzoekers een motorische blokkade uitvoeren van de rest van de onderarm van transradiale deelnemers en veranderingen in de proprioceptieve waarnemingen onderzoeken. Bij transhumerale deelnemers zal gerichte spierreïnnervatie worden uitgevoerd op het moment van systeemimplantatie, en waarnemingen zullen worden vergeleken voor en na spieringroei.

Doel 3. Bepaal de integratie van proprioceptieve stimulatie met motorische controle tijdens houdingsaanpassing. Om proprioceptie bij veteranen te herstellen tijdens actief prothesegebruik, moeten door PNS opgewekte waarnemingen worden geïntegreerd met vrijwillige ledemaatcontrole. De onderzoekers zullen de impact van proprioceptie op motorische controle bepalen door middel van een virtual reality-taak voor houdingsaanpassing en de prestaties vergelijken met op snelheid en positie gebaseerde prothetische handcontrollers met en zonder proprioceptieve PNS. Ten tweede zullen de onderzoekers de impact van vrijwillige controle op de perceptie van PNS-opgewekte proprioceptie bepalen door middel van een taak voor het beoordelen van psychometrische verschillen. Ten derde zullen de onderzoekers de impact van kunstmatige proprioceptie op de belichaming beoordelen via enquêtes.

Het project zal het eerste zijn dat de sensomotorische integratie van proprioceptie van PNS onderzoekt in een brede populatie van geamputeerden van de bovenste ledematen en met zowel positie- als snelheidsregelaars. De studie zal belangrijke informatie opleveren over de kinematica van kunstmatige proprioceptie en de rol van directe spieractivatie bij het vormen van proprioceptieve percepties. De onderzoekers verwachten dat de kennis die in dit voorstel is opgedaan, het nut en de acceptatie van prothesen voor veteranen met ledemaatverlies zal verbeteren en prothetische handtechnologie en zorgstandaard op het gebied van neurorevalidatie zal bevorderen.