Chociaż często możemy uznać nasz zmysł dotyku za rzecz oczywistą, dla naukowców opracowujących technologie przywracania funkcji kończyn u osób sparaliżowanych z powodu urazu lub choroby rdzenia kręgowego, przywrócenie zmysłu dotyku jest istotną częścią tego procesu. A 23 kwietnia w czasopiśmie Cell zespół naukowców z Battelle i Ohio State University Wexner Medical Center informuje, że byli w stanie przywrócić doznania na ręce uczestnika badań z ciężkim uszkodzeniem rdzenia kręgowego za pomocą systemu interfejsu mózg-komputer (BCI). Technologia ta wykorzystuje sygnały neuronowe, które są tak mikroskopijne, że nie mogą być odbierane i wzmacnia je poprzez sztuczne zmysłowe sprzężenie zwrotne wysyłane z powrotem do uczestnika, co powoduje znaczne wzbogacenie funkcji motorycznych.

"Bierzemy pod-percepcyjne zdarzenia dotykowe i pobudzamy je do świadomego postrzegania" - mówi pierwszy autor, Patrick Ganzer, główny naukowiec w firmie Battelle. "Kiedy to robiliśmy, zauważyliśmy kilka funkcjonalnych usprawnień. To był wielki moment eureki, kiedy po raz pierwszy przywróciliśmy uczestnikowi zmysł dotyku".

Uczestnikiem tego badania jest Ian Burkhart, 28-letni mężczyzna, który doznał urazu rdzenia kręgowego podczas wypadku nurkowego w 2010 roku. Od 2014 roku Burkhart współpracuje z badaczami nad projektem o nazwie NeuroLife, który ma na celu przywrócenie funkcji jego prawej ręki. Opracowane przez nich urządzenie działa dzięki systemowi elektrod na jego skórze i małemu chipowi komputerowemu wszczepionemu w jego korę ruchową. Ta konfiguracja, która wykorzystuje przewody do przekazywania sygnałów ruchowych z mózgu do mięśni, omijając uraz rdzenia kręgowego, daje Burkhartowi wystarczającą kontrolę nad ramieniem i ręką, aby podnieść kubek do kawy, machnąć kartą kredytową i zagrać w Guitar Hero.

"Do tej pory, czasami Ian czuł się tak, jakby jego ręka była obca z powodu braku sprzężenia zwrotnego sensorycznego" - mówi Ganzer. "Ma też problemy z kontrolowaniem swojej ręki, chyba że uważnie obserwuje swoje ruchy. To wymaga dużej koncentracji i sprawia, że prosta wielozadaniowość jak picie napoju gazowanego podczas oglądania telewizji jest prawie niemożliwa."

Badacze odkryli, że chociaż Burkhart nie miał prawie żadnych wrażeń w ręku, kiedy stymulowali jego skórę, sygnał nerwowy - tak mały, że jego mózg nie był w stanie go odebrać - wciąż docierał do jego mózgu. Ganzer wyjaśnia, że nawet u ludzi takich jak Burkhart, którzy mają to, co jest uważane za "klinicznie kompletne" uszkodzenie rdzenia kręgowego, prawie zawsze pozostaje kilka fragmentów włókna nerwowego, które pozostają nietknięte. Cell papier wyjaśnia, jak byli w stanie zwiększyć te sygnały do poziomu, w którym mózg będzie reagować.

Podperscepcyjne sygnały dotykowe zostały sztucznie wysłane z powrotem do Burkhart za pomocą haptycznego sprzężenia zwrotnego. Typowymi przykładami haptycznego sprzężenia zwrotnego są wibracje z telefonu komórkowego lub kontrolera gier, które pozwalają użytkownikowi poczuć, że coś działa. Nowy system pozwala, aby subpercepcyjne sygnały dotykowe pochodzące ze skóry Burkharta wracały do jego mózgu poprzez sztuczne sprzężenie zwrotne, które może on odbierać.

Postępy w systemie BCI zaowocowały trzema ważnymi usprawnieniami. Umożliwiają one Burkhartowi niezawodne wykrywanie czegoś za pomocą samego dotyku: w przyszłości może to być wykorzystywane do znajdowania i odbierania obiektu bez możliwości zobaczenia go. System ten jest również pierwszym systemem BCI, który pozwala na przywrócenie ruchu i dotyku na raz, a ta zdolność do doświadczania wzmocnionego dotyku podczas ruchu daje mu większe poczucie kontroli i pozwala na szybsze wykonywanie czynności. Wreszcie, te ulepszenia pozwalają systemowi BCI wyczuć, jak duży nacisk należy użyć podczas obsługi obiektu lub podnoszenia czegoś - na przykład przy użyciu lekkiego dotyku podczas podnoszenia delikatnego obiektu, takiego jak styropianowy kubek, ale twardszy uchwyt podczas podnoszenia czegoś ciężkiego.

Długofalowym celem śledczych jest opracowanie systemu BCI, który będzie działał równie dobrze w domu, jak i w laboratorium. Pracują oni nad stworzeniem rękawa nowej generacji zawierającego wymagane elektrody i czujniki, które można łatwo założyć i zdjąć. Pracują również nad stworzeniem systemu, który można by sterować za pomocą tabletu, a nie komputera, dzięki czemu byłby on mniejszy i bardziej przenośny.

"To było niesamowite zobaczyć możliwości informacji sensorycznej pochodzącej z urządzenia, które pierwotnie zostało stworzone tylko po to, aby umożliwić mi sterowanie ręką w jednym kierunku", mówi Burkhart.