Un pas en avant pour les membres prothétiques sensibles au toucher


Un pas en avant pour les membres prothétiques sensibles au toucher

La capacité à contenir et à déplacer des objets repose sur des signaux sensoriels envoyés de la main au cerveau, une faculté dont les amputés manquent avec les prothèses actuelles. Mais de nouvelles recherches de l'Université de Chicago peuvent entraîner un jour des membres prothétiques sensibles à la contact qui communiquent directement avec le cerveau.

Les chercheurs, dirigés par Sliman Bensmaia, professeur adjoint au Département d'organique biologie et anatomie de l'Université de Chicago, pensent que leur recherche pourrait contribuer à accroître la dextérité et la fonction des membres robotiques.

Grâce à des expériences avec des singes, lui et son équipe ont identifié des modèles d'activité neuronale qui se produisent lorsque les animaux manipulent des objets, puis ils ont réussi à recréer ces motifs artificiellement.

"Pour restaurer la fonction moteur sensorielle d'un bras", déclare Bensmaia, "vous devez non seulement remplacer les signaux du moteur que le cerveau envoie au bras pour le déplacer, mais vous devez également remplacer les signaux sensoriels que le bras renvoie Au cerveau ".

Lui et son équipe pensent qu'en utilisant ce qu'ils savent "sur la façon dont le cerveau de l'organisme intact traite l'information sensorielle", ils peuvent alors "essayer de reproduire ces modèles d'activité neurale par stimulation du cerveau".

La recherche de Bensmaia et ses collègues fait partie d'un projet de la Defense Advanced Research Project Agency (DARPA), appelé Revolutionizing Prothétics. L'objectif du projet est de créer un membre supérieur artificiel qui offrira un contrôle moteur et une sensation naturels chez les patients atteints d'amputations.

Les résultats de leur recherche ont été publiés dans le journal Actes de l'Académie nationale des sciences .

La même perception des stimuli artificiels et authentiques

Un ensemble d'expériences a fonctionné avec le site où la peau a été touchée. Les chercheurs ont formé les singes pour identifier correctement différents modèles de contact avec leurs doigts.

Les résultats des chercheurs nous rapprochent des membres artificiels sensibles au toucher qui peuvent communiquer l'information sensorielle aux amputés par une interface avec le cerveau. Crédit: PNAS, 2013.

Ensuite, les chercheurs ont connecté des électrodes aux zones du cerveau des singes qui correspondaient à chaque doigt. Mais cette fois, plutôt que de toucher les mains, les chercheurs ont envoyé des impulsions électriques dans les zones spécifiques du cerveau.

L'équipe a constaté que les singes ont répondu à la stimulation artificielle de la même manière qu'ils ont répondu au contact physique.

Dans un autre ensemble d'expériences, les chercheurs ont travaillé avec sensation de pression en générant un algorithme qui a créé un courant électrique, ce qui a provoqué un sentiment de pression.

Et encore une fois dans ce cas, la réponse des singes était la même pour les stimuli artificiels et authentiques.

Dans un dernier ensemble d'expériences, Bensmaia et son équipe ont examiné ce qu'ils appellent des «événements de contact», c'est-à-dire lorsque la main touche ou laisse tomber un objet.

Ils disent que ce moment crée une explosion d'activité dans le cerveau, et encore une fois, les chercheurs ont pu créer artificiellement ces rafales dans le cerveau avec une stimulation électrique.

L'avenir des membres prothétiques

À la suite de ces expériences, Bensmaia et ses collègues disent qu'ils ont créé un ensemble d'instructions qui pourraient être utilisées avec un bras prothétique robotique, ce qui pourrait donner une rétroaction sensorielle au cerveau grâce à une «interface neurale».

Cette réaction, selon Bensmaia, pourrait signifier que ce genre d'appareils pourrait être beaucoup plus proche de subir des tests dans des essais cliniques humains.

"Les algorithmes de déchiffrement des signaux moteurs ont été très long, où vous pouvez maintenant contrôler les bras avec sept degrés de liberté", a déclaré Bensmaia. "C'est très sophistiqué".

Cependant, il dit qu'il reste du travail à faire:

Mais je pense qu'il y a un argument fort à faire pour qu'ils ne soient pas cliniquement viables jusqu'à ce que les commentaires sensoriels soient incorporés. Dans l'affirmative, la fonctionnalité de ces membres augmentera considérablement."

Bien que les amputés devront attendre que ces membres sensibles au toucher se concrétisent, de nouveaux développements au cours des dernières années dans le monde des membres prothétiques, tels que les bras robotisés contrôlés par la pensée.

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