Проприоцептивная сенсомоторная интеграция с нейронными интерфейсами для протезов рук (PSI)

Руки являются основным средством взаимодействия с миром, и ветераны, потерявшие руку, должны справляться со сниженными функциональными и сенсорными способностями. В то время как миоэлектрические протезы могут восстановить основную хватательную функцию потерянной руки, многие люди с ампутированными конечностями отказываются от использования протезов, потому что существующие варианты протезов не соответствуют их потребностям. Кроме того, многие люди с ампутированными конечностями борются с фантомной болью и психосоциальным дефицитом после потери конечности, которые не полностью смягчаются современными методами лечения.

В нормальной сенсомоторной системе проприоцепция, то есть ощущение положения и движения конечностей, имеет решающее значение для формирования двигательных планов и исправления ошибок в движении. Кроме того, проприоцепция играет ключевую роль в владении телом, деятельности и фантомной боли. Несмотря на свою важность, проприоцепция отсутствует в современных протезах.

Цель предлагаемого проекта — сделать протезы верхних конечностей более естественными и полезными для ветеранов, потерявших руку, путем обеспечения проприоцептивной обратной связи о позах и движениях протеза. Центральная гипотеза состоит в том, что эффективное замыкание петли между пользователем протеза и его устройством требует, чтобы сенсорные входы и управляющие выходы точно имитировали лежащие в основе сенсомоторные нейронные процессы схемы тела. Исследователи изучат интеграцию искусственной проприоцепции с управлением протезом у трех трансрадиальных и трех трансплечевых пациентов с ампутированными конечностями, используя имплантированную исследователями нейронную интерфейсную систему.

Цель 1. Охарактеризовать проприоцептивные ощущения, возникающие при раздражении периферических нервов. Исследователи протестируют изменяющиеся во времени паттерны стимуляции периферических нервов (PNS) и изучат влияние на кинематику вызванного проприоцептивного восприятия, используя сопоставление положения с контралатеральной интактной конечностью и многофакторный регрессионный анализ. Исследователи изучат стратегии парной стимуляции агонист-антагонист и сравнит различимость между стратегиями только агониста и парными стратегиями агонист-антагонист с использованием психометрических тестов.

Цель 2. Исследовать механизмы проприоцепции, вызванной раздражением. Нейрофизиологическая основа проприоцепции при ПНС неизвестна. Чтобы выяснить, возникают ли проприоцептивные восприятия в результате прямой афферентной активации или непрямого рекрутирования посредством прямой мышечной активации, исследователи выполнят моторный блок остаточного предплечья трансрадиальных участников и изучат изменения в проприоцептивных восприятиях. У трансгуморальных участников целевая мышечная реиннервация будет выполняться во время имплантации системы, и ощущения будут сравниваться до и после врастания мышц.

Цель 3. Определить интеграцию проприоцептивной стимуляции с моторным контролем при подборе позы. Чтобы восстановить проприоцепцию у ветеранов во время активного использования протезов, восприятия, вызванные ПНС, должны быть интегрированы с произвольным контролем конечностей. Исследователи определят влияние проприоцепции на двигательный контроль с помощью задачи сопоставления позы в виртуальной реальности и сравнит производительность с контроллерами протезов рук на основе скорости и положения с проприоцептивной ПНС и без нее. Во-вторых, исследователи определят влияние произвольного контроля на восприятие вызванной ПНС проприоцепции с помощью задачи оценки психометрического различия. В-третьих, исследователи оценят влияние искусственной проприоцепции на воплощение с помощью опросов.

Этот проект будет первым, в котором исследуется сенсомоторная интеграция проприоцепции от ПНС у широкой популяции людей с ампутированными конечностями и с контроллерами положения и скорости. Исследование предоставит важную информацию о кинематике искусственной проприоцепции и роли прямой мышечной активации в формировании проприоцептивных восприятий. Исследователи ожидают, что знания, полученные в этом предложении, повысят полезность протеза и его приемлемость для ветеранов с потерей конечности, а также усовершенствуют технологию протезирования руки и стандарты ухода в области нейрореабилитации.