Visuomotorisk protese for lammelse

Målet med den foreslåtte forskningen er å oppnå vitenskapelig kunnskap om visuomotoriske transformasjoner i posterior parietal cortex (PPC) og primær motorisk cortex (M1) fra tetraplegiske forsøkspersoner i en klinisk studie for å fremme utviklingen av nevrale proteser. Vi har vist i kliniske studier utført i løpet av de siste 6 årene at PPC kan kontrollere nevrale proteser for å hjelpe tetraplegiske personer. Andre grupper har konsentrert seg om M1 og finner likeledes kontroll for nevrale proteser. I våre studier av PPC har vi funnet ut at i tillegg til banesignaler for å bevege robotlemmer eller kontrollere datamaskinmarkører, er det en mengde visuomotoriske signaler som representerer tiltenkte bevegelser av det meste av kroppen, bevegelsesmål, kognitive strategier og til og med minnesignaler. Vår sentrale hypotese er at PPC og M1 vil kode visuomotoriske parametere på både lignende og forskjellige måter, og at algoritmer kan utvikles for å utnytte disse signalene fra de to områdene som er komplementære for å forbedre proteseområdet og ytelsen. Implantater vil bli laget i både M1 og PPC, noe som muliggjør samtidig opptak i de samme fagene, noe som øker bekymringene for å sammenligne data fra forskjellige laboratorier samlet inn hos forskjellige individer med forskjellige implantater og forskjellige oppgaver.

Denne sentrale hypotesen vil bli testet i to brede mål, som vi har betydelige foreløpige data for. Mål 1 vil undersøke kontrollen av kroppen ved de to områdene. Det antas at M1 vil vise sterk spesifisitet for det kontralaterale lem (implantater vil bli laget i håndknappen), mens PPC vil kode bevegelser for det meste av kroppen og på både kontra- og ipsilaterale sider ved å utnytte dens delvis blandede koding av parametere (subaim) 1a). Mens M1 er antatt å kode romlige variabler utelukkende under forsøkte eller forestilte handlinger, er det antatt at PPC også koder kognitive romlige variabler i oppgavetilpassede referanserammer (delmål 1b). I delmål 1c vil vi undersøke hvordan flere kroppsdeler kombineres i bevegelsesrepresentasjoner, og antar at M1 og PPC vil bruke et mangfoldig sett av mekanismer, inkludert lineær summering, ikke-lineære kombinasjoner og bevegelsesundertrykkelse uttrykt på forskjellige måter som en funksjon av hjernearealet og det spesifikke bevegelsessettet.

Mål 2 vil undersøke de tidsmessige aspektene ved koding i de to områdene. I delmål 2a vil vi teste hypotesen om at den nevrale dynamikken under vedvarende bevegelsesperioder stort sett er uforandret i begge områder. I delmål 2b antar vi at under sekvensielle bevegelser koder M1 bare den pågående bevegelsen mens PPC koder både nåværende og påfølgende bevegelser. Til slutt vil vi i delmål 2c undersøke kodingen av bevegelseshastighet, med hypotesen om at det er separate delrom i både M1 og PPC for bevegelsesretning og hastighet.