Por primera vez en humanos, los investigadores usan la estimulación de la superficie del cerebro para proporcionar retroalimentación 'táctil' al movimiento directo
En la búsqueda para restablecer el movimiento a las personas con lesiones de la médula espinal, los investigadores se han centrado en hacer llegar las señales cerebrales a los nervios y músculos desconectados que ya no reciben mensajes que los estimularían a moverse.
Pero agarrar una taza o cepillarse el cabello o cocinar una comida requiere otra retroalimentación que se ha perdido en personas amputadas y personas con parálisis, un sentido del tacto. El cerebro necesita información de la punta de los dedos o una extremidad o dispositivo externo para comprender qué tan firmementela persona se está agarrando o cuánta presión se necesita para realizar las tareas cotidianas.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Washington en el Centro de la Fundación Nacional de Ciencias para la Ingeniería Neurosensorial CSNE han utilizado la estimulación directa de la superficie del cerebro humano para proporcionar retroalimentación sensorial básica a través de señales eléctricas artificiales, permitiendo al paciente controlar el movimiento mientras realiza un simpletarea: abrir y cerrar su mano.
Es un primer paso hacia el desarrollo de un "circuito cerrado", interfaces bidireccionales cerebro-computadora BBCI que permiten la comunicación bidireccional entre partes del sistema nervioso. También permitirían al cerebro controlar directamente las prótesis externas u otros dispositivoseso puede mejorar el movimiento, o incluso reanimar una extremidad paralizada, mientras se obtiene retroalimentación sensorial.
Los resultados de esta investigación se publicarán en la edición de octubre a diciembre de 2016 de I Transacciones EEE en Haptics .
"Pudimos proporcionar un grado basal de retroalimentación sensorial mediante estimulación cortical directa del cerebro", dijo la autora principal y estudiante de doctorado en bioingeniería de la Universidad de Washington, Jeneva Cronin. "Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que se realiza en un paciente humanoquién estaba despierto y realizando una tarea motora que dependía de esa retroalimentación "
El equipo de bioingenieros, informáticos e investigadores médicos del GRIDLab de CSNE y UW utilizó señales eléctricas de diferentes intensidades de corriente, dictadas por la posición de la mano del paciente medida por un guante que llevaba, para estimular el cerebro del paciente que había sido implantadocon electrodos electrocorticográficos ECoG. Luego, el paciente usó esas señales artificiales enviadas al cerebro para "sentir" cómo los investigadores querían que él moviera su mano.
"La pregunta es: ¿pueden los humanos usar sensaciones eléctricas novedosas que nunca antes hayan sentido, percibirlas en diferentes niveles y usar esto para hacer una tarea? Y la respuesta parece ser sí", dijo el coautor y bioingeniería de la Universidad de Washington.estudiante de doctorado James Wu. "Si este tipo de sensación puede ser tan diversa como las texturas y sentimientos que podemos sentir con tacto es una pregunta abierta".
Es difícil para una persona imitar movimientos naturales, ya sea usando un dispositivo protésico o una extremidad que se ha desconectado del cerebro por una lesión neurológica, sin sensación. Aunque existen dispositivos para ayudar a pacientes con parálisis o que han sufrido amputacionesCon la función básica, ser capaces de sentir de nuevo ocupa un lugar destacado en sus prioridades, dijeron los investigadores.
La restauración de esta retroalimentación sensorial requiere el desarrollo de un lenguaje "artificial" de señales eléctricas que el cerebro pueda interpretar como sensación e incorporar como retroalimentación útil al realizar una tarea.
El equipo de UW CSNE con frecuencia trabaja con pacientes a punto de someterse a una cirugía de epilepsia a los que recientemente se les ha implantado una rejilla de electrodo ECoG en la superficie del cerebro. Durante varios días o semanas, los médicos monitorean constantemente su actividad cerebral para determinar el origen de sus ataquesantes de operar.
Al dar su consentimiento para participar en estudios de investigación durante este período cuando su cerebro está "conectado", estos pacientes les permiten a los investigadores responder preguntas neurológicas básicas. Pueden evaluar qué partes del cerebro se activan durante diferentes comportamientos, qué sucede cuando una determinada regiónde la corteza cerebral se estimula e incluso cómo inducir la plasticidad cerebral para promover la rehabilitación y la curación en las áreas dañadas.
El potencial para usar electrodos ECoG implantados en la superficie del cerebro en futuras aplicaciones protésicas o de rehabilitación ofrece varias ventajas: las señales son más fuertes y más precisas que los sensores colocados en el cuero cabelludo, pero menos invasivos que los que penetran en el cerebro,como en un estudio reciente realizado por investigadores de la Universidad de Pittsburgh.
En el estudio de UW, tres pacientes usaban un guante con sensores que proporcionaban datos sobre dónde estaban posicionados sus dedos y articulaciones. Se les pidió que permanecieran dentro de una posición objetivo en algún lugar entre tener las manos abiertas y cerradas sin poder ver quéesa posición objetivo era. El único comentario que recibieron sobre la posición de la mano objetivo fueron los datos eléctricos artificiales entregados por el equipo de investigación.
Cuando sus manos se abrieron demasiado, no recibieron ningún estímulo eléctrico en el cerebro. Cuando su mano estaba demasiado cerrada, similar a apretar algo con demasiada fuerza, los estímulos eléctricos se proporcionaron con mayor intensidad.
Un paciente pudo lograr precisiones para alcanzar la posición objetivo muy por encima de la posibilidad al recibir la retroalimentación eléctrica. El rendimiento disminuyó cuando el paciente recibió señales aleatorias independientemente de la posición de la mano, lo que sugiere que el sujeto había estado usando la retroalimentación sensorial artificial para controlar la manomovimiento.
Proporcionar esa retroalimentación sensorial artificial de una manera que el cerebro pueda entender es clave para desarrollar prótesis, implantes u otros dispositivos neuronales que puedan restaurar una sensación de posición, tacto o sensación en pacientes donde esa conexión se ha cortado.
"En este momento estamos usando tipos de códigos muy primitivos en los que estamos cambiando solo la frecuencia o la intensidad de la estimulación, pero eventualmente podría ser más como una sinfonía", dijo el coautor Rajesh Rao, director de CSNE y profesor de la Universidad de Washington.de informática e ingeniería.
"Eso es lo que necesitarías hacer para tener un agarre muy natural para tareas como preparar un plato en la cocina. Cuando quieras recoger el salero y todos tus ingredientes, debes ejercer la cantidad justade presión. Cualquier tarea cotidiana como abrir un armario o levantar un plato o romper un huevo requiere esta compleja retroalimentación sensorial ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Original escrito por Jennifer Langston. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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