Un nuevo estudio dirigido por neurocientíficos de la Universidad de Chicago nos acerca un paso más a la construcción de prótesis para humanos que recrean el sentido del tacto a través de una interfaz directa con el cerebro.
La investigación, publicada el 26 de octubre de 2015, en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , muestra que el toque artificial depende en gran medida de varias características de los estímulos eléctricos, como la intensidad y la frecuencia de las señales. Describe las características específicas de estas señales, incluida la cantidad que cada característica debe ajustarse para producir una sensación diferente.
"Aquí es donde el caucho se encuentra con el camino en la construcción de neuroprotésicos sensibles al tacto", dijo Sliman Bensmaia, PhD, Profesor Asociado en el Departamento de Biología y Anatomía Organismal de la Universidad de Chicago y autor principal del estudio ". Ahoraentender los aspectos básicos de la estimulación y qué herramientas están a nuestra disposición para crear sensaciones artificiales estimulando el cerebro ".
La investigación de Bensmaia es parte de Revolutionizing Prosthetics, un proyecto de varios años de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA que busca crear un miembro superior modular y artificial que restablezca el control motor y la sensación natural en los amputados. El proyecto ha reunido unequipo interdisciplinario de expertos de agencias gubernamentales, empresas privadas e instituciones académicas, incluidos el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Pittsburgh.
Bensmaia y sus colegas de UChicago están trabajando específicamente en los aspectos sensoriales de estas extremidades. Para este estudio, los monos, cuyos sistemas sensoriales se parecen mucho a los humanos, tenían electrodos implantados en el área del cerebro que procesa la información táctil de la manoLos animales fueron entrenados para realizar dos tareas perceptivas: una en la que detectaron la presencia de un estímulo eléctrico, y una segunda en la que indicaron cuál de los dos estímulos sucesivos fue más intenso.
Durante estos experimentos, Bensmaia y su equipo manipularon varias características del tren de impulsos eléctricos, como su amplitud, frecuencia y duración, y observaron cómo la interacción de cada uno de estos factores afectaba la capacidad de los animales para detectar la señal.
De interés específico fueron las "diferencias notables" JND, o los cambios incrementales necesarios para producir una sensación que se sintió diferente. Por ejemplo, a cierta frecuencia, la señal puede ser detectable primero con una potencia de 20 microamperiosde electricidad. Si la señal debe aumentarse a 50 microamperios para notar una diferencia, el JND en ese caso es de 30 microamperios.
El sentido del tacto se compone realmente de un conjunto complejo y matizado de sensaciones, desde el contacto y la presión hasta la textura, la vibración y el movimiento. Al documentar el rango, la composición y los incrementos específicos de las señales que crean sensaciones diferentes entre sí, Bensmaia y sus colegas han proporcionado las "notas" que los científicos pueden tocar para producir la "música" del sentido del tacto en el cerebro.
"Cuando agarras un objeto, por ejemplo, puedes sostenerlo con diferentes grados de presión. Para recrear un sentido realista del tacto, necesitas saber cuántos grados de presión puedes transmitir a través de la estimulación eléctrica", dijo Bensmaia."Idealmente, puede tener el mismo rango dinámico para el toque artificial que para el toque natural".
El estudio también tiene importantes implicaciones científicas más allá de la neuroprotésica. En la percepción natural, un principio conocido como la Ley de Weber establece que la diferencia notable entre dos estímulos es proporcional al tamaño del estímulo. Por ejemplo, con un vatio de 100 vatiosbombilla, es posible que pueda detectar una diferencia en el brillo al aumentar su potencia a 110 vatios. El JND en ese caso es de 10 vatios. Según la Ley de Weber, si duplica la potencia de la bombilla a 200 vatios, el JNDtambién se duplicaría a 20 vatios.
Sin embargo, la investigación de Bensmaia muestra que, con la estimulación eléctrica del cerebro, la Ley de Weber no se aplica: el JND permanece casi constante, sin importar el tamaño del estímulo. Esto significa que el cerebro responde a la estimulación eléctrica de una manera mucho más prolongada.repetible, de manera consistente que a través de la estimulación natural.
"Muestra que hay algo fundamentalmente diferente en la forma en que el cerebro responde a la estimulación eléctrica que a la estimulación natural", dijo Bensmaia.
"Este estudio nos lleva al punto en el que realmente podemos crear algoritmos reales que funcionen. Nos da los parámetros de lo que podemos lograr con un toque artificial y nos acerca un paso más a tener algoritmos listos para humanos".
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Materiales proporcionado por Centro médico de la Universidad de Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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