Proteza wzrokowo-ruchowa do paraliżu

Celem proponowanych badań jest uzyskanie wiedzy naukowej na temat przemian wzrokowo-ruchowych w tylnej korze ciemieniowej (PPC) i pierwotnej korze ruchowej (M1) u osób z tetraplegią w badaniu klinicznym w celu przyspieszenia rozwoju protez neuronowych. W badaniach klinicznych przeprowadzonych w ciągu ostatnich 6 lat wykazaliśmy, że PPC może kontrolować protezy nerwowe w celu pomocy pacjentom z tetraplegią. Inne grupy skoncentrowały się na M1 i również znajdują kontrolę nad protetyką neuronową. W naszych badaniach nad PPC odkryliśmy, że oprócz sygnałów trajektorii służących do poruszania kończynami robotów lub sterowania kursorami komputerowymi istnieje mnóstwo sygnałów wzrokowo-ruchowych, które reprezentują zamierzone ruchy większości ciała, cele ruchowe, strategie poznawcze, a nawet sygnały pamięciowe. Naszą główną hipotezą jest to, że PPC i M1 będą kodować parametry wzrokowo-ruchowe zarówno w podobny, jak i inny sposób, oraz że można opracować algorytmy, aby wykorzystać te sygnały z dwóch komplementarnych obszarów w celu poprawy zasięgu i wydajności protezy. Implanty zostaną wykonane zarówno w M1, jak i PPC, umożliwiając jednoczesne rejestrowanie tych samych pacjentów, co podnosi obawy związane z porównywaniem danych z różnych laboratoriów zebranych u różnych osób z różnymi implantami i różnymi zadaniami.

Ta centralna hipoteza zostanie przetestowana w dwóch szerokich celach, dla których dysponujemy istotnymi danymi wstępnymi. Cel 1 zbada kontrolę ciała przez dwa obszary. Przypuszcza się, że M1 wykaże silną specyficzność dla przeciwległej kończyny (implanty zostaną wykonane w gałce ręcznej), podczas gdy PPC będzie kodować ruchy większości ciała, zarówno po przeciwnej, jak i po tej samej stronie, wykorzystując częściowo mieszane kodowanie parametrów (subaim 1a). Podczas gdy przypuszcza się, że M1 koduje zmienne przestrzenne wyłącznie podczas prób lub wyobrażonych działań, zakłada się, że PPC koduje również poznawcze zmienne przestrzenne w odpowiednich dla zadania ramkach odniesienia (podpunkt 1b). W podzadaniu 1c zbadamy, w jaki sposób wiele części ciała jest połączonych w reprezentacje ruchu, stawiając hipotezę, że M1 i PPC będą wykorzystywać zróżnicowany zestaw mechanizmów, w tym sumowanie liniowe, kombinacje nieliniowe i tłumienie ruchu wyrażane na różne sposoby jako funkcja obszaru mózgu i określony zestaw ruchów.

Celem 2 będzie zbadanie czasowych aspektów kodowania w tych dwóch obszarach. W zadaniu 2a przetestujemy hipotezę, że dynamika neuronów podczas długotrwałych okresów ruchu jest w dużej mierze niezmienna w obu obszarach. W podaim 2b stawiamy hipotezę, że podczas ruchów sekwencyjnych M1 koduje tylko bieżący ruch, podczas gdy PPC koduje zarówno bieżący, jak i kolejne ruchy. Wreszcie, w podzadaniu 2c zbadamy kodowanie prędkości ruchu, z hipotezą, że istnieją oddzielne podprzestrzenie zarówno w M1, jak i PPC dla kierunku i prędkości ruchu.