O uso robótico do ‘terceiro polegar’ pode alterar a representação do cérebro da mão

Resumo: Um polegar robótico recém-desenvolvido imprime como a mão é representada no cérebro. Usando o polegar robótico, os pesquisadores relataram melhorias na realização de tarefas de destreza, como construir com blocos. Além disso, aqueles que treinaram para usar o polegar adicional começaram a sentir que o dedo fazia parte do corpo.

Fonte: UCL

Usar um ‘terceiro polegar’ robótico pode afetar a forma como a mão é representada no cérebro, descobriu um novo estudo liderado por pesquisadores da UCL.

A equipe treinou pessoas para usar um polegar extra robótico e descobriu que podiam realizar tarefas hábeis, como construir uma torre de blocos, com uma mão (agora com dois polegares). Os pesquisadores relatam na revista Ciência Robótica que os participantes treinados para usar o polegar também sentiram cada vez mais que ele fazia parte de seus corpos.

O designer Dani Clode começou a desenvolver o dispositivo, denominado Third Thumb, como parte de um projeto de graduação premiado no Royal College of Art, buscando reformular a forma como vemos as próteses, desde a substituição de uma função perdida, até uma extensão do humano corpo. Mais tarde, ela foi convidada a se juntar à equipe de neurocientistas do professor Tamar Makin na UCL, que estava investigando como o cérebro pode se adaptar ao aumento do corpo.

O professor Makin (UCL Institute of Cognitive Neuroscience), principal autor do estudo, disse: “O aumento do corpo é um campo em crescimento que visa estender nossas habilidades físicas, mas não temos uma compreensão clara de como nosso cérebro pode se adaptar a ele. Ao estudar as pessoas que usam o terceiro polegar habilmente projetado de Dani, procuramos responder a perguntas-chave sobre se o cérebro humano pode suportar uma parte extra do corpo e como a tecnologia pode impactar nosso cérebro. ”

O terceiro polegar é impresso em 3D, tornando-o fácil de personalizar, e é usado na lateral da mão oposta ao polegar real do usuário, próximo ao dedo mínimo (mindinho). O usuário o controla com sensores de pressão presos aos pés, na parte de baixo dos dedões dos pés. Conectado sem fio ao polegar, ambos os sensores do dedo controlam diferentes movimentos do polegar, respondendo imediatamente a mudanças sutis de pressão do usuário.

Para o estudo, 20 participantes foram treinados para usar o Thumb durante cinco dias, durante os quais eles também foram incentivados a levar o Thumb para casa todos os dias após o treinamento para usá-lo em cenários da vida diária, totalizando duas a seis horas de uso por dia. Esses participantes foram comparados a um grupo adicional de 10 participantes de controle que usaram uma versão estática do Thumb enquanto completavam o mesmo treinamento.

Durante as sessões diárias no laboratório, os participantes foram treinados para usar o polegar com foco em tarefas que ajudaram a aumentar a cooperação entre suas mãos e o polegar, como pegar várias bolas ou taças de vinho com uma mão. Eles aprenderam o básico sobre como usar o polegar muito rapidamente, enquanto o treinamento permitiu que melhorassem com sucesso o controle motor, a destreza e a coordenação mão-polegar. Os participantes podiam até usar o polegar quando distraídos – construindo uma torre de blocos de madeira enquanto resolviam um problema de matemática – ou com os olhos vendados.

O designer Dani Clode (UCL Institute of Cognitive Neuroscience e Dani Clode Design), que fazia parte da equipe de pesquisa principal, disse: “Nosso estudo mostra que as pessoas podem aprender rapidamente a controlar um dispositivo de aumento e usá-lo em seu benefício, sem pensar demais. Vimos que, ao usar o terceiro polegar, as pessoas mudaram os movimentos naturais das mãos e também relataram que o polegar robótico parecia parte de seu próprio corpo. ”

A primeira autora do estudo, Paulina Kieliba (UCL Institute of Cognitive Neuroscience) disse: “O aumento do corpo pode um dia ser valioso para a sociedade de várias maneiras, como permitir que um cirurgião sobreviva sem um assistente ou um operário de fábrica trabalhe mais eficientemente. Essa linha de trabalho pode revolucionar o conceito de próteses, e pode ajudar alguém que permanente ou temporariamente só pode usar uma mão, a fazer tudo com essa mão. Mas para chegar lá, precisamos continuar pesquisando as questões interdisciplinares e complicadas de como esses dispositivos interagem com nossos cérebros. ”

Antes e depois do treinamento, os pesquisadores escanearam os cérebros dos participantes usando fMRI, enquanto os participantes moviam seus dedos individualmente (eles não estavam usando o polegar enquanto estavam no scanner).

Isso mostra a pesquisadora com a prótese de polegar em sua mão
Designer Dani Clode com seu dispositivo ‘Third Thumb’. Crédito: Dani Clode

Os pesquisadores descobriram mudanças sutis, mas significativas, em como a mão que havia sido aumentada com o terceiro polegar (mas não a outra mão) era representada no córtex sensório-motor do cérebro. Em nossos cérebros, cada dedo é representado distintamente dos outros; entre os participantes do estudo, o padrão de atividade cerebral correspondente a cada dedo individual tornou-se mais semelhante (menos distinto).

Uma semana depois, alguns dos participantes foram examinados novamente e as mudanças na área das mãos do cérebro diminuíram, sugerindo que as mudanças podem não ser de longo prazo, embora mais pesquisas sejam necessárias para confirmar isso.

Paulina Kieliba disse: “Nosso estudo é o primeiro a investigar o uso de um dispositivo de aumento fora de um laboratório. É o primeiro estudo de aumento realizado em vários dias de treinamento prolongado e o primeiro a ter um grupo de comparação não treinado. O sucesso de nosso estudo mostra o valor dos neurocientistas trabalhando em conjunto com designers e engenheiros, para garantir que os dispositivos de aumento aproveitem ao máximo a capacidade de nosso cérebro de aprender e se adaptar, ao mesmo tempo que garante que os dispositivos de aumento possam ser usados ​​com segurança ”.

O professor Makin acrescentou: “A evolução não nos preparou para usar uma parte extra do corpo e descobrimos que, para estender nossas habilidades de maneiras novas e inesperadas, o cérebro precisará se adaptar à representação do corpo biológico.”

Financiamento: Os pesquisadores, baseados na UCL e na Universidade de Oxford, foram apoiados pelo European Research Council, Wellcome e Sir Halley Stewart Charitable Trust.

Sobre esta notícia de pesquisa de robótica

Fonte: UCL
Contato: Chris Lane – UCL
Imagem: A imagem é creditada a Dani Clode

Pesquisa original: Acesso fechado.
“O aumento robótico da mão impulsiona mudanças na representação do corpo neural” por Dani Clode et al. Ciência Robótica


Resumo

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O aumento robótico da mão gera mudanças na representação do corpo neural

Os humanos há muito são fascinados pelas oportunidades proporcionadas pelo aumento. Essa visão não depende apenas de inovações tecnológicas, mas também depende criticamente da capacidade de nosso cérebro de aprender, se adaptar e interagir com dispositivos de aumento.

Aqui, investigamos se o aumento motor com sucesso com um polegar robótico extra pode ser alcançado e quais são suas implicações na representação neural e na função da mão biológica. Os participantes deficientes foram treinados para usar um polegar robótico extra (chamado de terceiro polegar) durante 5 dias, incluindo o uso diário em laboratório e não estruturado.

Desafiamos os participantes a completar tarefas normalmente bimanuais usando apenas a mão aumentada e examinamos sua capacidade de desenvolver interações mão-robô. Os participantes foram testados em uma variedade de testes comportamentais e de imagem cerebral, projetados para interrogar a representação da mão aumentada antes e depois do treinamento.

O treinamento melhorou o controle motor do terceiro polegar, a destreza e a coordenação mão-robô, mesmo quando a carga cognitiva foi aumentada ou quando a visão foi obstruída. Também resultou em um maior senso de incorporação em relação ao Terceiro Polegar. Consequentemente, o aumento influenciou os principais aspectos da representação da mão e do controle motor. O uso do terceiro polegar enfraqueceu as sinergias cinemáticas naturais da mão biológica.

Além disso, a decodificação do cérebro revelou um leve colapso da representação motora da mão aumentada após o treinamento, mesmo quando o terceiro polegar não estava em uso.

Juntos, nossos resultados demonstram que o aumento motor pode ser facilmente alcançado, com potencial para uso flexível, confiança cognitiva reduzida e maior senso de incorporação. Ainda, o aumento pode incorrer em mudanças na representação biológica da mão.

Essas consequências neurocognitivas são cruciais para a implementação bem-sucedida de futuras tecnologias de aumento.

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