Diagram af e-dermis-system. Illustration: Osborn et al., 2018/Videnskab Robotteknologi
For at gøre det arbejde, forskerne skabt en neuromorphic system—en enhed, der efterligner adfærd af nervesystemet med kredsløb. I dette tilfælde, deres neuromorphic model tog produktionen af e-dermis (dvs den taktile information, der produceres, når du rører en genstand) og omdanner det til elektriske pigge, eller neurale signaler, der replikeres adfærd mechanoreceptors og nociceptorer. Disse pigge blev derefter anvendes til elektrisk stimulere de perifere nerver af en amputeret frivillige (dvs transkutan nerve stimulation, eller TNS). Når der er leveret med dette nerve stimulation, de frivillige var i stand til at føle fornemmelser i hans kunstige hånd.
I eksperimenter, en amputeret frivillige kan føle sig presset, aftapning af en fingerspids, og selv objekter, der fremkaldte smertefulde fornemmelser. Han kunne fortælle forskellen mellem ikke-anal og anal taktile sanseindtryk, herunder variationer i et objekts krumning og skarpe kanter. De frivillige sagde de fornemmelser, der følte, at de var kommet direkte fra den såkaldte phantom hånd. EEG-scanninger taget i løbet af de eksperimenter, der syntes at vise, at de områder i hjernen, der er forbundet med den hånd, der blev aktiveret i deltagernes hjerne.
AFTALEN dokumenterede forskere, som stimulations brugeren har fundet smertefulde, og som følte sig mere som normale touch. De frivillige blev bedt om at vurdere ubehag af den oplevede fornemmelser i the phantom hånd ved hjælp af en skala fra -1 til 10, hvor -1 er noget sjovt eller behageligt, 1 er meget let smerte som en kløe, 2 er ubehageligt at føle sig som en knivspids, 3 er ubehageligt, men tolereres, som en utilsigtet snit, og så videre, I dette eksperiment, er det højeste niveau af smerte blev placeret som 3.
De frivillige, der udfører den fornemmelse opgave. Billede: Osborn et al., 2018/Videnskab Robotteknologi
“En af de mest overraskende aspekter af dette arbejde var at blive i stand til at identificere forskellige stimulation mønstre, der producerer forskellige fornemmelser i phantom hånd amputeret frivillige,” sagde Osborn. “I dette tilfælde, de fornemmelser, der var af pres eller smerte.”
For at gøre systemet mere liv-agtig, forskerne har også tilføjet en automatiseret smerte refleks til systemet. Når den kunstige hånd rørte ved en skarp genstand, fingrene automatisk rykkede væk, “for at forhindre skader og yderligere smerte,” som forskere skriver i undersøgelsen. Vigtigere er det, de frivillige havde ingen kontrol over disse refleks bevægelser.
Sharlene Flesher, Sharlene Flesher, Ph.d., postdoc forsker ved Stanford University, som ikke var involveret i den nye undersøgelse, sagde den nye undersøgelse er “et godt stykke arbejde, der er meget komplet,” og at “den progression, de nuværende er solid.” At sagde, at hun følte EEG resultaterne var “fjollet.”
“De hævder, at det viser, at deltageren følte fornemmelser i venstre hånd, men EEG ikke giver den rumlige nøjagtighed at hævde, at” Flesher fortalte Gizmodo. “Resultatet var enige om, at de fornemmelser, der var på den venstre side af kroppen og sandsynligvis et sted på armen, har jeg ikke køber, at det var i hånd fra EEG-rapport. Jeg ville have ønsket at se flere detaljer om, hvordan de kortlagt de fornemmelser, men det ser ud til, at de gjorde et godt stykke arbejde med at finde stimulation websteder, der fremkaldte fornemmelser i the phantom hånd.”
Som for bygning af proteser, der giver brugerne til at føle smerte, Flesher er enig i, at der udløser fuld af smerte bør ikke være målet.
“Uanset om smerte bør videresendes er interessant, og de bliver på den her. Hvis protesen kan identificere ‘smertefulde” situationer og minimere dem, gør ubehag virkelig har brug for at blive sendt til brugeren? Jeg tror, at hvis de holder den smerte fornemmelser i en informativ udvalg, hvor det ikke forårsage så meget smerte, så som at være en distraktion, er det nyttigt,” sagde hun. “Men de har også fremkaldt fornemmelser med forskellige modaliteter, såsom tryk og snurre, så en rimelig smerte-fri alternativ ville være, at snurre sensation angive en smertefuld touch. Der bliver sagt, hvis de kan fremkalde smerte, tryk og snurre, bruger alle tre kunne formidle mere information.”
Dette er meget lovende arbejde, men der er mange andre aspekter af touch. Vendes blikket fremad, vil AFTALEN forskere, der ønsker at udforske andre opfattelser, der kan leveres via sensoriske feedback, herunder temperatur og proprioception (såsom at vide, den relative placering af vores dele af kroppen, som en arm over hovedet).
“Ved at tilsætte forskellige fornemmelser, vi fortsat kan forbedre øvre lemmer, proteser, for at gøre dem endnu mere funktionel og naturtro,” sagde Osborn.
[Videnskab Robotteknologi]