Les Prothèses Tactiles Au Toucher Progressent Dans L'Étude Sur Le Singe

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Les nouvelles expériences chez le singe révèlent que les personnes ayant des membres artificiels pourraient un jour retrouver la sensation de toucher grâce à la stimulation électrique du cerveau.

Les nouvelles expériences chez le singe révèlent que les personnes ayant des membres artificiels pourraient un jour retrouver leur sensation de toucher grâce à une stimulation électrique du cerveau.

Ces recherches pourraient contribuer à améliorer la dextérité des prothèses robotiques, ont ajouté les enquêteurs.

Les progrès récents en matière d'interfaces cerveau-machine ont permis aux gens de contrôler les membres robotisés en utilisant leur esprit. Cependant, les scientifiques souhaitent que les prothèses restaurent davantage que les mouvements des patients: ils souhaitent également contribuer à rétablir la sensation du toucher. [Bras de poulpe aux yeux bioniques: les 5 membres les plus étranges de prothèse]

"Notre capacité à saisir et à manipuler des objets repose de manière critique sur les signaux tactiles de la main", a déclaré Sliman Bensmaia, auteur de l'étude, neuroscientifique à l'Université de Chicago. "Sans ces signaux, nous aurions du mal à accomplir même les activités les plus élémentaires de la vie quotidienne, comme nouer nos chaussures ou même tourner une poignée de porte. très important dans la réalisation, pour que notre corps se sente comme une partie de nous. "

Interface cerveau-ordinateur de singe

Pour progresser vers des prothèses tactiles chez les personnes, Bensmaia et ses collègues ont expérimenté des singes rhésus, dont les systèmes sensoriels ressemblent beaucoup à ceux de l'homme. Ils ont identifié des modèles d'activité cérébrale qui se produisent lorsque les animaux manipulent des objets et ont réussi à les déclencher artificiellement par une stimulation électrique directe de leur cerveau.

La première expérience s'est concentrée sur les singes détectant où ils ont été touchés sur leur peau. Ces recherches impliquaient des expériences intégrant de nombreux appareils sophistiqués, tels que des réseaux d'électrodes implantés dans le cerveau et les systèmes de singe, afin de collecter des données provenant de plus de 100 électrodes.

Les animaux ont été entraînés à identifier plusieurs modèles de pokes sur leurs doigts. "Par exemple, nous pourrions enfoncer l'index, puis le doigt de la main gauche", a expliqué Bensmaia.

Les chercheurs ont ensuite connecté des électrodes aux zones du cerveau correspondant à chaque doigt et remplacé certains de ces pokes par des stimuli électriques délivrés aux zones appropriées du cerveau. Les animaux réagissaient de la même manière à la stimulation artificielle qu’aux vrais coups de tête - par exemple, si leur main gauche était face vers le haut et qu’ils étaient poussés sur l’index puis sur le petit doigt, ils auraient jeté un coup d’œil droit et ils auraient se comportaient de la même manière sous une stimulation électrique de leur cerveau.

Les scientifiques se sont ensuite concentrés sur la sensation de pression en développant un algorithme générant la quantité appropriée de courant électrique permettant de générer une sensation de pression.

"Dans le cerveau, les touches lumineuses produisent de petits modèles d'activation très localisés; les touches plus fortes activent plus de neurones", a déclaré Bensmaia. "Une des façons d'activer plus de neurones par stimulation électrique est d'augmenter le courant. Nous avons donc étudié cette approche pour transmettre des informations sur la pression de contact."

Les singes ont de nouveau réagi de la même manière aux stimuli ressentis entre leurs doigts et par des moyens artificiels - ils ont jeté un coup d'œil gauche ou droit selon que le premier des deux contacts exerçait plus ou moins de pression que le second, respectivement. Déterminer la quantité de pression que l'on exerce sur les objets est important "parce que vous devez appliquer suffisamment de pression sur l'objet pour ne pas le laisser tomber, mais pas trop pour l'écraser", a déclaré Bensmaia.

Enfin, Bensmaia et ses collègues ont enquêté sur ce qui se passe lorsque les singes touchent ou relachent un objet pour la première fois - ce qui génère une brève mais intense activité dans le cerveau. Encore une fois, les chercheurs ont découvert que ces poussées d’activité cérébrale associées au contact ou au relâchement d’objets par des singes pouvaient être imitées par stimulation électrique.

Prothèses tactiles

Les scientifiques disposent désormais d’un ensemble d’instructions qu’ils peuvent intégrer à des bras prothétiques robotisés afin de générer la sensation de toucher de base dans le cerveau. Au début, Bensmaia a déclaré qu'il était "très sceptique", que cette entreprise réussirait. [5 technologies folles qui révolutionnent la biotechnologie]

"Compte tenu de la complexité du cerveau et de l'ampleur de la stimulation électrique d'un instrument, j'ai pensé que l'approche était vouée à l'échec", a déclaré Bensmaia.

Les expériences futures viseront des aspects encore plus complexes du sens du toucher.

"Dans nos expériences à ce jour, nous nous sommes concentrés sur les informations les plus élémentaires pour la manipulation d'objet - des informations sur l'emplacement du contact, la pression de contact et le minutage du contact", a déclaré Bensmaia. "Bien sûr, nous obtenons beaucoup plus d'informations que notre sens du toucher. Nous obtenons des informations sur la forme, la taille et la texture de l'objet; nous pouvons sentir lorsque quelque chose se déplace sur notre peau ou glisse de notre portée."

Les chercheurs espèrent également que des expériences sur des humains seront fournies par d'autres laboratoires.

"L'avantage de faire un travail humain est que vous pouvez demander directement au patient ce qu'il ressent", a déclaré Bensmaia. "Dans nos expériences, nous avons dû déduire ce que les singes ont ressenti de leurs performances."

Bien que M. Bensmaia ait déclaré que les travaux des chercheurs jettent les bases des tests sur l'homme, il a averti que les prothèses qui restaurent la sensation du toucher ne seront probablement pas disponibles pour les patients avant des années.

Les scientifiques ont détaillé leurs résultats en ligne le 15 octobre dans le journal Proceedings de la National Academy of Sciences.

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