Proprioseptiv sensorimotorisk integrasjon med nevrale grensesnitt for håndproteser (PSI)

Hender er det primære middelet til å samhandle med verden, og veteraner som har mistet en hånd må takle reduserte funksjonelle og sensoriske evner. Mens myoelektriske proteser kan gjenopprette den grunnleggende gripefunksjonen til den tapte hånden, forlater mange amputerte bruken av proteser fordi dagens protesealternativer ikke dekker deres behov. I tillegg sliter mange amputerte med fantomsmerter og psykososiale mangler etter tap av lemmer som ikke er fullstendig dempet av dagens behandlinger.

I det normale sansemotoriske systemet er propriosepsjon, som er følelsen av lemposisjon og bevegelse, avgjørende for å informere motoriske planer og korrigere bevegelsesfeil. I tillegg spiller propriosepsjon en nøkkelrolle i kroppseierskap, handlefrihet og fantomsmerter. Til tross for viktigheten er propriosepsjon fraværende i dagens protesealternativer.

Målet med det foreslåtte prosjektet er å gjøre proteser for overekstremiteter mer naturlige og nyttige for veteraner som har mistet en hånd ved å gi proprioseptive tilbakemeldinger om protesestillinger og bevegelser. Den sentrale hypotesen er at effektiv lukking av sløyfen mellom en protesebruker og enheten deres krever at sensoriske innganger og kontrollutganger tett etterligner de underliggende sensorimotoriske nevrale prosessene i kroppsskjemaet. Etterforskerne vil undersøke integrering av kunstig propriosepsjon med protesekontroll hos tre transradiale og tre transhumerale amputerte ved bruk av etterforskernes implanterte nevrale-grensesnittsystem.

Mål 1. Karakterisere proprioseptive sensasjoner fremkalt av perifer nervestimulering. Forskerne vil teste tidsvarierende mønstre for perifer nervestimulering (PNS) og undersøke virkningen på kinematikken til den fremkalte proprioseptive persepsjonen ved å bruke posisjonsmatching med den kontralaterale intakte lem og multivariate regresjonsanalyser. Etterforskerne vil undersøke parede agonist-antagonist-stimuleringsstrategier og sammenligne forskjellsevnen mellom agonist-bare og parede agonist-antagonist-strategier ved hjelp av psykometriske tester.

Mål 2. Undersøke mekanismene for stimuleringsfremkalt propriosepsjon. Det nevrofysiologiske grunnlaget for propriosepsjon fra PNS er ukjent. For å undersøke om proprioseptive persepsjoner stammer fra direkte afferent aktivering eller indirekte rekruttering via direkte muskelaktivering, vil etterforskerne utføre en motorisk blokkering av den resterende underarmen til transradiale deltakere og undersøke endringer i de proprioseptive persepsjonene. Hos transhumerale deltakere vil målrettet muskelreinnervasjon bli utført på tidspunktet for systemimplantasjon, og persepsjoner vil bli sammenlignet før og etter muskelinnvekst.

Mål 3. Bestem integrasjonen av proprioseptiv stimulering med motorisk kontroll under holdningsmatching. For å gjenopprette propriosepsjon til veteraner under aktiv protesebruk, må PNS-fremkalte persepsjoner integreres med frivillig lemkontroll. Etterforskerne vil bestemme virkningen av propriosepsjon på motorisk kontroll gjennom en virtuell virkelighetsstillingstilpasningsoppgave og sammenligne ytelse med hastighets- og posisjonsbaserte protetiske håndkontrollere med og uten proprioseptiv PNS. For det andre vil etterforskerne bestemme virkningen av frivillig kontroll på oppfatningen av PNS-fremkalt propriosepsjon gjennom en psykometrisk ulikhetsvurderingsoppgave. For det tredje vil etterforskerne vurdere virkningen av kunstig propriosepsjon på legemliggjøring via undersøkelser.

Prosjektet vil være det første som undersøker den sensorimotoriske integrasjonen av propriosepsjon fra PNS i en bred populasjon av amputerte overekstremiteter og med både posisjons- og hastighetskontrollere. Studien vil gi viktig informasjon om kinematikken til kunstig propriosepsjon og rollen til direkte muskelaktivering i å danne proprioseptive persepsjoner. Etterforskerne forventer at kunnskap oppnådd i dette forslaget vil forbedre proteseanvendelighet og aksept for veteraner med lemtap og vil fremme håndproteseteknologi og standard på pleie i nevrorehabiliteringsfeltet.