Femme avec tétraplégie nourrit elle-même à l'aide du bras Robot contrôlé par esprit

27 12 2012

PITTSBURGH, DEC. 16, 2012 -Aller vers « high five » quelqu'un, saisir et déplacer des objets de différentes formes et tailles, se nourrir de chocolat noir. Pour Jan Scheuermann et une équipe de chercheurs de la Faculté de médecine de l'Université de Pittsburgh et UPMC, accomplir ces tâches apparemment ordinaires ont démontré pour la première fois qu'une personne quadriplégique depuis longtemps peut manoeuvrer un esprit-commandé, bras de robot humanoïde en sept dimensions (7(D)) pour exécuter régulièrement une grande partie des mouvements naturels et complexes de la vie quotidienne.

Dans une étude publiée dans la version en ligne du La revue The Lancet, les chercheurs ont décrit l'interface cerveau-ordinateur (BCI) la technologie et des programmes de formation qui a permis à Mme. Scheuermann, 53, d'arrondissement de Whitehall à Pittsburgh, PA. déplacer intentionnellement un bras, tourner et plier un poignet, et fermer d'un coup de main pour la première fois en neuf ans.

Moins d'un an après que elle dit à l'équipe de recherche, "Je vais me chocolat nourrir avant que ce n'est plus,« Ms. Scheuermann savoure son goût et annoncé qu'ils ont applaudi son exploit, "Un petit grignotement pour une femme, une bite géante pour BCI."

Jan Scheuermann, who has quadriplegia, brings a chocolate bar to her mouth using a robot arm she is guiding with her thoughts. Researcher Elke Brown, M.D., watches in the background. Click the photo to download it in high resolution. Photo credit: "UPMC"

"C'est un saut spectaculaire pour plus de fonction et de l'indépendance pour les personnes qui sont incapables de se déplacer de leurs propres armes,« enquêteur principal d'accord Andrew B. Schwartz, Ph.d.., professeur, Département de neurobiologie, Pitt School of Medicine. « Cette technologie, qui interprète le cerveau des signaux pour guider un bras de robot, a un potentiel énorme que nous continuons d'explorer. Notre étude nous a montré qu'il est techniquement possible de restaurer la capacité; les participants nous ont dit que BCI leur donne de l'espoir pour l'avenir. »

Dans 1996, MS. Scheuermann était âgé de 36 ans mère de deux jeunes enfants, exploitation d'une entreprise réussie planification parties avec des thèmes de meurtre et mystère et vivant en Californie, quand un jour elle a remarqué que ses jambes semble glisser derrière elle. Dans les deux ans, ses jambes et ses bras affaiblissement progressivement jusqu'à ce qu'elle avait besoin d'un fauteuil roulant, ainsi qu'un accompagnateur pour l'aider à s'habiller, manger, baignade et autres activités quotidiennes. Après son retour à Pittsburgh en 1998 pour le soutien de sa famille élargie, elle a été diagnostiquée avec la dégénérescence spinocérébelleuse, dans lequel les connexions entre le cerveau et les muscles lentement, et inexplicablement, se détériorer.

« Maintenant je ne peux pas bouger mon bras et les jambes. Je ne peux pas même hausser mes épaules,« Elle a dit. "Mais je suis venu à la conclusion que vous inquiéter au sujet de quelque chose il subit deux fois. J'essaie de m'attarder sur les bonnes choses que j'ai. »

Un ami a fait observer un octobre 2011 vidéo sur une autre étude de Pitt/UPMC BCI dans laquelle Tim Hemmes, un majordome, SaM, homme qui a subi un traumatisme de la moelle épinière qui l'a rendu quadriplégique, déplacer des objets sur un écran d'ordinateur et, finalement, tendit la main avec un bras de robot pour toucher sa petite amie.

"Wow, Il est si propre qu'il peut le faire,« Ms. Scheuermann pensé qu'elle regardait lui. « Je souhaite que je pourrais faire quelque chose comme ça. » Elle a eu son accompagnateur Communiquez immédiatement avec le coordonnateur des procès, et ladite, « Je suis un quadriplégique. M'accrocher vers le haut, Je veux m'inscrire! Je tiens à le faire!”

Fév. 10, 2012, après présélection tests pour confirmer qu'elle était admissible pour l'étude, Co-chercheur et neurochirurgien UPMC Elizabeth Tyler-Kabara, M.D., Ph.d.., professeur adjoint, Département de chirurgie neurologique, Pitt School of Medicine, placer les deux grilles de 0.25 pouce carré électrode avec 96 contact minuscule points chacun dans les régions de Ms. Cerveau de Scheuermann qui serait normalement contrôlent le mouvement de bras et la main droite.

« Avant la chirurgie, Nous avons effectué des tests d'imagerie fonctionnelles du cerveau afin de déterminer exactement où placer les deux grilles,« Elle a dit. « Puis nous avons utilisé la technologie d'imagerie au bloc opératoire à guide de positionnement des grilles, qui ont les points qui pénètrent la surface du cerveau par environ un seizième de pouce."

Les points d'électrode capte des signaux de neurones individuels et algorithmes informatiques sont utilisés pour identifier les patrons de décharge associées aux mouvements observés ou imaginaires particuliers, comme élevant ou en abaissant le bras, ou en tournant le poignet, investigateur principal expliquée Jennifer Collinger, Ph.d.., professeur adjoint, Département de médecine physique et réadaptation (PM&R), et la chercheuse scientifique pour le système de soins de santé de Pittsburgh VA. Cette intention s'est ensuite traduite en mouvement réel du bras robot, qui a été développé par Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins.

Deux jours après l'opération, l'équipe a accroché les deux bornes qui dépassent de Ms. Crâne de Scheuermann à l'ordinateur. « Nous pouvions réellement voir les neurones se déclenche sur l'écran de l'ordinateur quand elle a pensé à fermer sa main,« Dr. Collinger dit. "Quand elle a cessé de, ils se sont arrêtés de mise à feu. Alors nous avons pensé, "Cela va vraiment à travailler." "

Moins d'une semaine, MS. Scheuermann pourrait atteindre dedans et dehors, gauche et droite, et de haut en bas avec le bras, qu'elle a nommé Hector, donnant son contrôle tridimensionnel qui avait sa haute fiving avec les chercheurs. "Ce que nous avons fait dans la première semaine, ils pensaient que nous apparaîtrait pendant un mois,« elle a fait remarquer.

Avant trois mois se sont écoulés, elle pourrait également flex le poignet en arrière, le déplacer de gauche à droite et tournez-la dans le sens horaire et anti-horaire, en plus de saisir des objets, ajouter jusqu'à ce que les scientifiques appellent 7 contrôle D. Dans une tâche d'étude appelé le Test de bras de recherche Action, MS. Scheuermann guidée le bras d'une position de quatre pouces au-dessus d'une table pour ramasser des blocs et des tubes de différentes tailles, une balle et une pierre et déposer sur une plaque à proximité. Elle a également ramassé cônes à partir d'une base d'empiler les sur l'autre un pied, une autre tâche exigeant de préhension, transport et le positionnement des objets avec précision.

"Nos résultats indiquent que par une série de mesures, elle a réussi à améliorer sa performance constamment au cours de plusieurs jours,« Dr. Schwartz a expliqué. « Les méthodes de formation et les algorithmes que nous avons utilisé dans les modèles de singe de cette technologie aussi travaillaient pour Jan, Ce qui suggère qu'il est possible pour les personnes atteintes de paralysie à long terme récupérer naturel, signaux de commande intuitive pour orienter une main artificielle et les bras pour permettre une interaction significative avec l'environnement".

Dans une étude distincte, aussi, les chercheurs continuent à étudier la technologie BCI qui utilise un electrocortigraphy (ECoG) grille, qui se trouve sur la surface du cerveau plutôt que pénètre légèrement le tissu comme dans le cas des réseaux utilisés pour la SP. Scheuermann.

Dans les deux études, "nous allons enregistrer l'activité électrique dans le cerveau, le but est d'essayer de décoder ce qui signifie que l'activité et ensuite utiliser ce code pour contrôler un bras,"a déclaré le chercheur chevronné Michael Boninger, M.D., professeur et directeur, PM&R, et directeur de l'Institut de réadaptation de l'UPMC. « Nous apprenons beaucoup sur comment les contrôles cerveau moteur de l'activité, grâce au travail acharné et le dévouement de nos participants à l'essai. Peut-être dans cinq à 10 années, Nous aurons un dispositif qui peut être utilisé dans la vie quotidienne des personnes qui ne sont pas en mesure d'utiliser leurs propres armes."

La prochaine étape pour la technologie BCI utilisera probablement un système d'électrode double sens qui peut capturer non seulement l'intention d'installer, mais en outre, stimuler le cerveau pour produire la sensation, potentiellement permettre à un utilisateur d'ajuster la force de préhension pour saisir fermement une poignée de porte ou bercent doucement le œuf.

Par la suite, « Nous espérons que cela peut devenir un bien implanté, système sans fil que les gens peut réellement utiliser chez eux sans notre surveillance,« Dr. Collinger dit. « Il serait même possible de combiner le contrôle du cerveau avec un appareil qui stimule directement les muscles pour rétablir la circulation du membre de l'individu. »

Pour l'instant, MS. Scheuermann devrait continuer de mettre la technologie de la BCI à l'épreuve pendant deux mois plus, et puis les implants seront supprimées dans une autre opération.

« C'est l'aventure de ma vie,« Elle a dit. "C'est les montagnes russes. C'est le parachutisme. C'est tout simplement fabuleux, « et je profite de chaque seconde de celui-ci ».

En plus des Drs. Collinger, Tyler-Kabara, Boninger et Schwartz, co-auteurs de l'étude incluent Brian Wodlinger, Ph.D., John E. Downey, Wei Wang, Ph.D., et Doug Weber, Ph.D., ensemble des PM&R; et Angus J. Moine, Ph.D., et Meel Velliste, PPh.d. de la département de neurobiologie, Pitt School of Medicine.

Une bouchée de géant:Femme de quadriplégie alimente elle-même à l'aide du bras Robot contrôlé par l'esprit VIDÉO

Les BCI les projets sont financés par la Defense Advanced Research Projects Agency, Accorder des National Institutes of Health 8KL2TR000146-07, les États-Unis. Combattants Ministère des anciens, l'Institut de réadaptation de l'UPMC et l'Institut des sciences cliniques et translationnelles Université de Pittsburgh.

Pour plus d'informations sur la participation à des essais, appel 412-383-1355.

 

Upmc.com [en línea]Pittsburgh (USA): upUPMC.com27 de diciembre de 2012 [Réf. 16en décembre de lae 2012] Disponible sur Internet: http://www.UPMC.com/ media/NewsReleases/2012/Pages/bci-press-release-chocolate.aspx


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