FoodPro Preloader

Hva er det som å kontrollere en robotarm med hjerneimplantat?


Jan Scheuermann brukte en robotarm for å ta med en sjokoladebar til munnen hennes. Jan Scheuermann er ikke ditt gjennomsnittlige eksperimentelle emne. Diagnostisert med spinocerebellar degenerasjon, er hun bare i stand til å flytte hodet og nakken. Lammelsen, som begynte å krype over musklene i 1996, har vært ødeleggende på mange måter. For t

Jan Scheuermann brukte en robotarm for å ta med en sjokoladebar til munnen hennes.

Jan Scheuermann er ikke ditt gjennomsnittlige eksperimentelle emne. Diagnostisert med spinocerebellar degenerasjon, er hun bare i stand til å flytte hodet og nakken. Lammelsen, som begynte å krype over musklene i 1996, har vært ødeleggende på mange måter. For to år siden tok hun en mulighet til å gjøre hennes personlige ansvar til en ekstraordinær ressurs for nevrovitenskap. I 2012 valgte Scheuermann å gjennomgå hjernekirurgi for å implantere to arrays av elektroder på sin motorcortex, et bånd av vev på hjernens overflate.
Hun gjorde det som en frivillig i en flerårig studie ved University of Pittsburgh for å utvikle et bedre hjernedatamaskingrensesnitt. Når hun besøker laboratoriet, kolliderer forskerne hjernen til en robotarm og hånd, som hun praktiserer med å bruke sine tanker alene. Målet er å til slutt tillate andre lammede personer å gjenvinne funksjon ved å koble opp hjernen direkte til en datamaskin eller proteser.
Elektroder i hodet registrerer skytemønstrene på ca 150 av hennes nerver. Spesifikke mønstre av nevronaktivitet koder hennes ønske om å utføre forskjellige bevegelser, for eksempel svingning av armen til venstre eller clasping fingrene rundt en kopp. To tykke kabler videresender dataene fra nervene til en datamaskin, hvor programvare kan identifisere Scheuermanns intensjoner. Datamaskinen kan da utstede passende kommandoer for å flytte robotlegemet.
På en vanlig arbeidsdag kommer Jan Scheuermann til universitetet rundt kl. 9.15. Ved å bruke haken hennes, manøvrerer hun sin elektriske rullestol inn i en forskerlaboratorium ledet av nevroforsker Andrew Schwartz og går seg inn for en dag med jobb. Mind snakket med Scheuermann for å lære mer om hennes erfaring som en selvutnevnt "marsvinskonsortisk".
[Et redigert transkripsjon av intervjuet følger]

Kan du beskrive en typisk dag i laboratoriet?
Etter at jeg kommer om morgenen, vrir min assistent av toppdekslene på de to padsene på hodet mitt og tørker det som stikker ut av dem med alkohol. Hun knytter meg til to store kabler og vri dem ned til et signal begynner å komme igjennom.

Deretter trener vi med datamaskinen og robotarmen i ca 20 minutter til en halv time før vi starter med tester av dagen. Vanligvis er det noe som, hente et objekt fra den ene siden av bordet og flytte det til den andre siden så fort jeg kan. Vi kan ta en rask pause til lunsj, og så går jeg rundt klokken 1:30. Det handler vanligvis om en fire-timers dag.
Hva var det som å bruke robotarmen for første gang?
Da jeg først startet, lærte jeg å flytte den til venstre og høyre, og opp og ned, og etter det lærte jeg å åpne og lukke fingrene. Så snudde jeg håndleddet. Med hver ny evne de ga meg, ble jeg minnet om hva de fleste babyer gjør på et tidspunkt. Da barna mine var tre eller fire måneder gammel, lærte de endelig at de kunne kontrollere tingene i enden av armene sine. Jeg husker at de så langsomt vendte håndleddet på denne måten og det, grep og ungrasping fingrene. Og til slutt ble det automatisk også for dem. Det bildet holdt popping i tankene mine. Jeg følte at en baby lærte å bruke hendene mine.
Hvordan nærmer du en ny oppgave?
Først trener vi med datamaskinen. Datamaskinen gjør det mens jeg ser og late som jeg gjør det. Da lærer datamaskinen hvordan jeg tolker hjernens signaler og hva jeg vil gjøre, og så begynner jeg å gjøre det. Som jeg trener blir jeg bedre og bedre.
Noen ganger tilpasser jeg meg oppgaven veldig raskt, og det er alt så naturlig. Andre ting krever mer konsentrasjon for å lære. Etter at de er lært, gjør du dem igjen og igjen til de er automatiske.
Hvilke strategier bruker du når du lærer?
Det er interessant, det er to måter å gjøre en oppgave på. En er å tenke på hvert trekk jeg lager. Så hvis jeg plukker opp en terning, kan jeg tenke "flytte til venstre, gå videre, slå fingrene igjen, klem fingrene rundt objektet." Den andre er du bare se og gå for den. Det fungerer mye bedre enn når jeg prøver å finne ut det trinnvis.
Det var et forsøk flere måneder siden, der jeg måtte flytte robotarmen frem og tilbake over to linjer så mange ganger som mulig i 60 sekunder. Jeg prøvde så godt jeg kunne, og jeg fikk 24. Da måtte jeg gjøre det samme tenk mens det var distrahert, for eksempel mens jeg ledet en samtale. Og jeg fikk 24-det samme! Deretter var distraksjonene teller bakover med tre fra noen tilfeldige tall, og det var det samme, 24, som er veldig fascinerende. Noen ganger ikke prøver for hardt er best. La hånden gjøre oppgaven uten å tenke for mye.
Har disse forsøkene endret måten du tenker på din egen hjerne?
Jeg antar jeg bare er trygg på å vite at når hjernen vår lærer å gjøre ting, glemmer de dem bare fordi vi ikke kan gjøre dem lenger. Hvis jeg får tilbake lemmerne mine, gjennom stamceller eller noe, vil ikke min hjerne glemme å gå. Eller hvordan å nå ut og ta tak i noe eller hvordan å klemme noen. Musklene er kanskje ikke sterke, men de vet hvordan de skal gjøre ting.
Jeg har også kommet til å sette pris på min hjerne enda mer. Jeg har sett folk som har armer som fungerer og ben som fungerer, men hjernen deres gjør det ikke. De er mentalt handikappede. Jeg ville så mye ha hjernen min enn beina mine. Du vet at sitatet, "du er mer enn kroppen du bor i"? Det er så sant for meg.

Jetting deres vei til en bedre forståelse av global oppvarming30 under 30: Utforsk Stringteori for å finne ut hvordan ting fungererThe Green Apple: Hvordan kan byer tilpasse seg klimaendringer?Høyteknologi i 1867Venter på dyr: Casting East African Wildlife "i en tilstand av å være"En kraft å regne medBefolkning og bærekraft: Kan vi unngå å begrense antall personer?Europas flomforsinkelser til Soar innen 2050