Proprioceptywna integracja sensomotoryczna z interfejsami neuronowymi dla protez dłoni (PSI)

Ręce są podstawowym środkiem interakcji ze światem, a weterani, którzy stracili rękę, muszą radzić sobie z ograniczonymi możliwościami funkcjonalnymi i sensorycznymi. Podczas gdy protezy mioelektryczne mogą przywrócić podstawową funkcję chwytania utraconej ręki, wiele osób po amputacji rezygnuje z używania protez, ponieważ obecne opcje protetyczne nie spełniają ich potrzeb. Ponadto wiele osób po amputacji zmaga się z bólem fantomowym i deficytami psychospołecznymi po utracie kończyny, których nie można w pełni złagodzić obecnymi metodami leczenia.

W normalnym układzie sensomotorycznym propriocepcja, czyli wyczucie pozycji i ruchu kończyn, ma kluczowe znaczenie dla informowania o planach motorycznych i korygowania błędów w ruchu. Ponadto propriocepcja odgrywa kluczową rolę w posiadaniu ciała, sprawczości i bólu fantomowym. Pomimo swojego znaczenia, propriocepcja jest nieobecna w obecnych opcjach protetycznych.

Celem proponowanego projektu jest uczynienie protez kończyn górnych bardziej naturalnymi i użytecznymi dla weteranów, którzy stracili rękę, poprzez dostarczanie proprioceptywnej informacji zwrotnej na temat pozycji i ruchów protezy. Główną hipotezą jest to, że skuteczne zamknięcie pętli między użytkownikiem protezy a jego urządzeniem wymaga, aby wejścia sensoryczne i wyjścia kontrolne ściśle naśladowały podstawowe procesy nerwowe czuciowo-ruchowe schematu ciała. Badacze zbadają integrację sztucznej propriocepcji z kontrolą protezy u trzech osób po amputacji promieniowej i trzech przezramiennych, korzystając z wszczepionego przez badaczy systemu interfejsu neuronowego.

Cel 1. Scharakteryzuj odczucia proprioceptywne wywołane stymulacją nerwów obwodowych. Badacze przetestują zmieniające się w czasie wzorce stymulacji nerwów obwodowych (PNS) i zbadają wpływ na kinematykę wywołanego perceptu proprioceptywnego, używając dopasowywania pozycji z kontrlateralną nienaruszoną kończyną i wielowymiarowych analiz regresji. Badacze zbadają sparowane strategie stymulacji agonista-antagonista i porównają rozróżnialność strategii tylko agonisty i sparowanych strategii agonisty-antagonisty za pomocą testów psychometrycznych.

Cel 2. Zbadanie mechanizmów propriocepcji wywołanej stymulacją. Neurofizjologiczne podstawy propriocepcji z PNS nie są znane. Aby zbadać, czy percepcje proprioceptywne pochodzą z bezpośredniej aktywacji aferentnej, czy pośredniej rekrutacji poprzez bezpośrednią aktywację mięśni, badacze wykonają blokadę motoryczną resztkowego przedramienia uczestników transradialnych i zbadają zmiany w percepcjach proprioceptywnych. U uczestników przezramieniowych zostanie przeprowadzone Ukierunkowane Reinnerwowanie Mięśni w momencie wszczepienia systemu, a percepty zostaną porównane przed i po wrośnięciu mięśni.

Cel 3. Określenie integracji stymulacji proprioceptywnej z kontrolą motoryczną podczas dopasowywania postawy. Aby przywrócić propriocepcję weteranom podczas aktywnego używania protez, percepty wywołane przez PNS muszą być zintegrowane z dobrowolną kontrolą kończyn. Badacze określą wpływ propriocepcji na kontrolę motoryczną za pomocą zadania dopasowywania postawy w rzeczywistości wirtualnej i porównają wydajność z protezowymi kontrolerami ręcznymi opartymi na prędkości i pozycji z proprioceptywnym PNS i bez niego. Po drugie, badacze określą wpływ dobrowolnej kontroli na postrzeganie propriocepcji wywołanej przez PNS poprzez zadanie oceny psychometrycznej odmienności. Po trzecie, badacze ocenią wpływ sztucznej propriocepcji na ucieleśnienie za pomocą ankiet.

Projekt będzie pierwszym, którego celem będzie zbadanie integracji sensomotorycznej propriocepcji z PNS w szerokiej populacji osób po amputacji kończyny górnej oraz z kontrolerami zarówno pozycji, jak i prędkości. Badania dostarczą ważnych informacji na temat kinematyki sztucznej propriocepcji i roli bezpośredniej aktywacji mięśni w kształtowaniu perceptów proprioceptywnych. Badacze spodziewają się, że wiedza zdobyta w ramach tej propozycji poprawi użyteczność i akceptację protezy przez weteranów z utratą kończyny oraz przyczyni się do rozwoju technologii protez ręki i standardu opieki w dziedzinie neurorehabilitacji.