Visuomotorisk protes för förlamning

Syftet med den föreslagna forskningen är att erhålla vetenskaplig kunskap om visuomotoriska transformationer i posterior parietal cortex (PPC) och primär motorisk cortex (M1) från tetraplegiska försökspersoner i en klinisk prövning för att främja utvecklingen av neurala proteser. Vi har visat i kliniska prövningar som genomförts under de senaste 6 åren att PPC kan kontrollera neurala proteser för att hjälpa tetraplegiska patienter. Andra grupper har koncentrerat sig på M1 och finner likaså kontroll för neurala proteser. I våra studier av PPC har vi funnit att förutom banasignaler för att röra robotiska lemmar eller styra datormarkörer, finns det en uppsjö av visuomotoriska signaler som representerar avsedda rörelser av större delen av kroppen, rörelsemål, kognitiva strategier och till och med minnessignaler. Vår centrala hypotes är att PPC och M1 kommer att koda visuomotoriska parametrar på både liknande och olika sätt, och att algoritmer kan utvecklas för att utnyttja de signaler från de två områdena som är komplementära för att förbättra protesens räckvidd och prestanda. Implantat kommer att göras i både M1 och PPC, vilket möjliggör samtidig inspelning i samma ämnen, vilket ökar oron för att jämföra data från olika laboratorier som samlats in hos olika individer med olika implantat och olika uppgifter.

Denna centrala hypotes kommer att testas i två breda syften, för vilka vi har betydande preliminära data. Mål 1 kommer att undersöka kontrollen av kroppen av de två områdena. Det antas att M1 kommer att visa stark specificitet för den kontralaterala extremiteten (implantat kommer att göras i handknappen) medan PPC kommer att koda rörelser för större delen av kroppen och på både kontra- och ipsilaterala sidor genom att utnyttja dess delvis blandade kodning av parametrar (subaim la). Medan M1 antas koda rumsliga variabler uteslutande under försök eller inbillade handlingar, antas det att PPC också kodar kognitiva rumsliga variabler i uppgiftslämpliga referensramar (undermål Ib). I delmål 1c kommer vi att undersöka hur flera kroppsdelar kombineras i rörelserepresentationer, med en hypotes om att M1 och PPC kommer att använda en mångfald av mekanismer inklusive linjär summering, icke-linjära kombinationer och rörelseundertryckning uttryckt på olika sätt som en funktion av hjärnarean och den specifika rörelseuppsättningen.

Mål 2 kommer att undersöka de tidsmässiga aspekterna av kodning i de två områdena. I delmål 2a kommer vi att testa hypotesen att den neurala dynamiken under ihållande perioder av rörelse är i stort sett oföränderlig i båda områdena. I delmål 2b antar vi att, under sekventiella rörelser, kodar M1 endast den pågående rörelsen medan PPC kodar både nuvarande och efterföljande rörelser. Slutligen kommer vi i delmål 2c att undersöka kodningen av rörelsehastighet, med hypotesen att det finns separata delrum i både M1 och PPC för rörelseriktning och hastighet.