Aap voedt zichzelf met robotarm

← ga terug naar Recente technologische ontwikkelingen

14-08-2008

Aap voedt zichzelf met robotarm gedreven door hersenimpulsen

In een hoogtechnologische variatie op “aap ziet, aap doet”, hebben Amerikaanse onderzoekers 2 makaaken aangeleerd van zichzelf te voeden met een mensachtige robotarm die enkel signalen gebruikt van hun hersenen.

De onderzoekers aan de Universiteit van Pittsburgh School of Medicine implanteerden minieme sondes in de hersenen van de dieren waar vrijwillige beweging ontstaat als elektrische impulsen. Speciaal ontwikkelde computersoftware verstuurt deze impulsen dan aan de robotarm, die de acties uitvoert die de aap wou uitvoeren met zijn eigen ledemaat.

Door gebruik te maken van deze “hersen-machine interface”, waren de apen in staat om de robotarm te sturen en een tweevingerige grijper te openen en te sluiten om zichzelf marshmallows en stukken fruit te voeden, terwijl hun eigen armen voorzichtig ingebonden waren in buisachtige toestellen.

De technologische voorsprong legt de basis voor de ontwikkeling van protheses voor mensen met ruggenmerg schade en fysieke “locked-in” ziektes zoals Amyotrofische Laterale Sclerose, zeggen de onderzoekers, wiens werk Woensdag online gepubliceerd werd in het tijdschrift Nature.

"Ons onmiddellijke doel is het maken van een prothesetoestel voor mensen met totale verlamming,” zei senior auteur Andrew Schwartz, een professor in de neurobiologie. “Ons uiteindelijke doel is het beter begrijpen van de complexiteit van het brein."

"Nu beginnen we te begrijpen hoe het brein werkt door het gebruik van hersen-machine interface technologie," zei Schwartz in een statement. "Hoe meer we begrijpen over het brein, hoe beter we in staat zullen zijn om een wijde waaier aan hersenziektes te behandelen, alles van de ziekte van Parkinson en verlamming, tot uiteindelijk, Alzheimer en misschien zelfs mentale ziektes"

Het labo van Schwartz had voordien gefocust op hersen-machine interfaces voor het controleren van cursorbewegingen op een computer scherm, een taak die de apen succesvol beheerden.

De makaken leerden eerst de robotarm te manoeuvreren om lekkere hapjes in hun mond te steken aan de hand van een joystick, en gingen dan verder met hands-free controle door het gebruik van enkel hersensignalen.

"De aap leerde door eerst de beweging te observeren, die zijn hersencellen activeert alsof hij het deed,” zei Schwartz. “Het lijkt erg op sporttraining, waar trainers de atleten zich eerst laten inbeelden dat ze de bewegingen uitvoeren die ze willen."

Co-auteur Chance Spalding, een graduaat student in het bioingenieursdomein, zei dat de 2 apen - Arthur en Pearce - maar een week training nodig hadden.

"Het was zeer snel," zei Spalding Woensdag vanuit Pittsburgh, aanhalend dat makaken en andere primaten in het wild stokken als werktuig gebruiken en de robot-vervang-arm is gewoon een ander werktuig voor hun om te manipuleren.

De tijd dat het duurt voor de apen om het voedsel te zien en de arm te activeren is ongeveer

150 milliseconden, dat is ongeveer even lang dat het vraagt voor een mens om te beslissen om een ledemaat heen en weer te bewegen om te antwoorden, zei hij.

Terwijl de robotarm er ietwat industrieel en onhandig uitziet, is de interface met de hersenen van de aap, allesbehalve dat. De sondes, of elektrodes, die in de neuronale paden van de motor cortex van de dieren zijn ingebracht, zijn zo fijn als menselijk haar.

De laatste uitdaging van de onderzoekers uit Pittsburgh, is niet de eerste om hersen-machine interface technologie te gebruiken, maar Spalding zegt dat het de eerste keer is dat de technologie op deze manier gebruikt is.

Het doel is om mensen te helpen die veel van hun fysieke functie verloren hebben door letsels of ziekte.

"Wanneer ofwel amputaties voorkomen, of ruggenmergletsels of iets anders, blijft de neurale capaciteit in de hersenen wel aanwezig,” zei hij. “We geloven dat deze signalen die normaal jouw arm controleren, goed functioneren."

"Als er geen functie meer is, of als je niet langer een arm hebt, dan kunnen we gewoon direct aftappen in het neurale systeem in de hersenen en een artificieel apparaat controleert dan zodat je functies kan terugwinnen."

In een begeleidend commentaar zei fysioloog professor John Kalaska aan de Universiteit van Montreal, dat het onderzoek de notie van gedachten-geprovoceerde beweging naar een heel nieuw niveau brengt en een “hartverwarmend voorbeeld levert van wat, bij verloop van tijd, mogelijk zou kunnen zijn."

"Een aanmoedigend resultaat was van hoe bereid de apen zijn om te leren de robot te besturen… Leren zou zelfs sneller kunnen zijn bij menselijke onderwerpen, gefaciliteerd door verbale instructies van een trainer,” schrijft Kalaska.

"Dit suggereert ook dat neuronprothese apparaten de frustratie die dikwijls bij patienten in lopende rehabilitatie programma’s voorkomt, minimaliseren wanneer hun verminderde motor capaciteitsresultaten in kleine performantie winsten resulteert, ongeacht, verlengde, intense inspanningen."

Desalniettemin, zei Kalaska dat er nog altijd hordes zijn die overwonnen moeten worden alvorens “neuronprothese robotten” ontwikkeld worden voor mensen en hun debuut maken in revalidatie klinieken.

De lange-termijn-betrouwbaarheid van de implanteerbare elektrodes moet verbeterd worden, zei hij. Met de huidige technologie, verslechtert de kwaliteit van de opgenomen neurale activiteit dikwijls binnen weken of maanden.

De automaten moeten ook draagbaarder gemaakt worden: experimentele modellen bevatten een wijde waaier aan opname, computer en robotcontrole hardware die constante aandacht vraagt van een geschoolde technieker, zei hij.

Spalding ging akkoord maar zei dat zijn labo hoopt van testen te beginnen van de hersengecontroleerde robotarm in mensen met serieuze immobiliteitziektes binnen de 2 jaar.

"Overduidelijk moeten we nog verdere vooruitgang boeken alvorens dit een apparaat wordt dat mensen gewoon van het rek kunnen nemen en gebruiken in een revalidatie omgeving,” zei hij. “Maar het is ongetwijfeld een stap in die richting. "

 

Vertaling: Joke Mulleners

Bron: ALS Independence

Share