인간 두뇌-기계 인터페이스에서의 10차원 인간형 팔 제어: 어려움, 해결책 및 한계

목적: 이전 연구에서는 척수 손상을 입은 인간 피험자가 뇌-기계 인터페이스(BMI)를 사용하여 프로테시스 팔다리의 연속 변환, 방향 및 일차원 그립 제어를 보여주었습니다. 현재 연구는 동일한 피험자에서 이전 작업에 즉시 이어졌으며, 피험자의 왼쪽 운동 피질에 이식된 두 개의 96채널 피질 내 전극 배열에서 손 모양 명령을 추출하여 제어 신호의 범위를 확장했습니다. 접근법: 프로테시스 손 모양을 지시하는 네 가지 새로운 제어 신호가 이전 연구의 일차원 그립을 대체하여, 피험자가 동시에 10차원의 자유도를 가진 프로테시스 팔다리를 제어할 수 있게 했습니다(삼차원(3D) 변환, 3D 방향, 사차원 손 모양). 주요 결과: 손 모양에 대한 강력한 신경 조정이 발견되어 모든 시험에서 10차원(10D) 성능이 우연 이상의 수준에서 나타났습니다. 신경 단위의 선호 방향은 10D 공간에 광범위하게 분포하였으며, 대다수의 단위는 고립된 영역(예: 변환, 방향 또는 손 모양)에 제한되지 않고 모든 열 개 차원에 대해 유의미하게 조정되었습니다. 손 모양의 추가는 물체 상호작용 행동을 강조했습니다. BMI의 기본 구성 요소는 신경 활동을 의도된 움직임과 연관시키기 위해 사용되는 보정입니다. 물체가 보정 중에 존재할 때, 그것이 그립을 하면서 물체 주위로 닫힐 때 프로테시스 손의 성공적인 형태를 증가시켰습니다. 의미: 우리의 결과는 개별 운동 피질 뉴런이 많은 움직임의 매개 변수를 인코딩하며, 물체 상호작용이 이러한 신호를 추출할 때 중요한 요소임을 보여줍니다. 또한 간단한 디코딩 알고리즘으로 프로테시스 장치의 고차원 동작을 달성할 수 있습니다. ClinicalTrials.gov 식별자: NCT01364480.