Integração sensório-motora proprioceptiva com interfaces neurais para próteses de mão (PSI)

As mãos são o principal meio de interagir com o mundo, e os veteranos que perderam uma mão devem lidar com a diminuição das capacidades funcionais e sensoriais. Embora as próteses mioelétricas possam restaurar a função básica de preensão da mão perdida, muitos amputados abandonam o uso de próteses porque as opções protéticas atuais não atendem às suas necessidades. Além disso, muitos amputados lutam com dor fantasma e déficits psicossociais após a perda do membro que não são totalmente mitigados pelos tratamentos atuais.

No sistema sensório-motor normal, a propriocepção, que é a sensação de posição e movimento dos membros, é crítica para informar planos motores e corrigir erros de movimento. Além disso, a propriocepção desempenha um papel fundamental na propriedade corporal, agência e dor fantasma. Apesar de sua importância, a propriocepção está ausente nas opções protéticas atuais.

O objetivo do projeto proposto é tornar os dispositivos protéticos de membros superiores mais naturais e úteis para os veteranos que perderam a mão, fornecendo feedback proprioceptivo sobre posturas e movimentos da prótese. A hipótese central é que efetivamente fechar o ciclo entre um usuário de prótese e seu dispositivo requer que as entradas sensoriais e as saídas de controle imitem de perto os processos neurais sensório-motores subjacentes do esquema corporal. Os investigadores examinarão a integração da propriocepção artificial com o controle da prótese em três amputados transradiais e três transumerais usando o sistema de interface neural implantado pelos investigadores.

Objetivo 1. Caracterizar as sensações proprioceptivas provocadas pela estimulação nervosa periférica. Os investigadores testarão os padrões de estimulação do nervo periférico variável no tempo (PNS) e examinarão o impacto na cinemática da percepção proprioceptiva evocada usando correspondência de posição com o membro intacto contralateral e análises de regressão multivariada. Os investigadores investigarão estratégias de estimulação agonista-antagonista pareada e compararão a discriminação entre estratégias de agonista somente e agonista-antagonista pareado usando testes psicométricos.

Objetivo 2. Investigar os mecanismos da propriocepção evocada por estimulação. A base neurofisiológica da propriocepção do PNS é desconhecida. Para investigar se as percepções proprioceptivas se originam da ativação aferente direta ou do recrutamento indireto por meio da ativação muscular direta, os investigadores realizarão um bloqueio motor do antebraço residual dos participantes trans-radiais e examinarão as alterações nas percepções proprioceptivas. Nos participantes transumerais, a reinervação muscular direcionada será realizada no momento do implante do sistema e as percepções serão comparadas antes e depois do crescimento muscular.

Objetivo 3. Determinar a integração da estimulação proprioceptiva com o controle motor durante a correspondência de postura. Para restaurar a propriocepção em veteranos durante o uso ativo de próteses, as percepções evocadas pelo PNS devem ser integradas ao controle voluntário dos membros. Os investigadores determinarão o impacto da propriocepção no controle motor por meio de uma tarefa de correspondência de postura de realidade virtual e compararão o desempenho com controladores de mão protéticos baseados em velocidade e posição com e sem PNS proprioceptivo. Em segundo lugar, os investigadores determinarão o impacto do controle voluntário na percepção da propriocepção evocada pelo PNS por meio de uma tarefa de classificação de dissimilaridade psicométrica. Em terceiro lugar, os investigadores avaliarão o impacto da propriocepção artificial na incorporação por meio de pesquisas.

O projeto será o primeiro a investigar a integração sensório-motora da propriocepção do PNS em uma ampla população de amputados de membros superiores e com controladores de posição e velocidade. O estudo fornecerá informações importantes sobre a cinemática da propriocepção artificial e o papel da ativação muscular direta na formação de percepções proprioceptivas. Os investigadores esperam que o conhecimento obtido nesta proposta melhore a utilidade e a aceitação da prótese para veteranos com perda de membros e avance a tecnologia de mão protética e o padrão de atendimento no campo da neurorreabilitação.