El uso del «tercer pulgar» robótico podría alterar la representación cerebral de la mano

El uso de un «tercer pulgar» robótico podría afectar la forma en que se representa la mano en el cerebro, según un nuevo estudio dirigido por investigadores de UCLA.

El equipo capacitó a las personas para que usaran un pulgar robótico adicional y descubrió que podían realizar tareas desafiantes de manera efectiva, como construir una torre con bloques con una mano (ahora con dos pulgares). Los investigadores informan en la revista Ciencia robótica Los participantes que fueron entrenados para usar el pulgar sintieron cada vez más que era parte de su cuerpo.

El diseñador Danny Claude comenzó a desarrollar el dispositivo, llamado tercer pulgar, como parte de un galardonado proyecto de posgrado en el Royal College of Art que busca reelaborar la forma en que vemos las prótesis, desde reemplazar la función perdida hasta extender el cuerpo humano. Más tarde fue invitada a unirse al equipo de neurocientíficos de la profesora Tamar McCain en la UCLA que han estado investigando cómo el cerebro se adapta al agrandamiento del cuerpo.

El profesor McCain (Instituto de Neurociencia Cognitiva de la UCL), autor principal del estudio, dijo: “El aumento corporal es un campo en crecimiento destinado a expandir nuestras capacidades físicas, pero carecemos de una comprensión clara de cómo se adaptan nuestros cerebros a él. Danny, buscamos para responder preguntas clave sobre si el cerebro humano puede soportar una parte adicional del cuerpo y cómo la tecnología puede afectar nuestro cerebro «.

El tercer pulgar está impreso en 3D, lo que facilita su personalización y se lleva en el lado de la mano opuesto al pulgar del usuario real, cerca del dedo meñique (meñique). El usuario controla esto con sensores de presión conectados a sus pies, en la parte inferior de los dedos gordos. Conectados de forma inalámbrica al pulgar, ambos sensores controlan varios movimientos del pulgar respondiendo instantáneamente a los cambios sutiles en la presión del usuario.

Para el estudio, 20 participantes fueron entrenados para usar el pulgar en el transcurso de cinco días, y también se les animó a llevar el pulgar a casa todos los días después del entrenamiento para usarlo en escenarios cotidianos, por un total de dos a seis horas de tiempo de uso del pulgar. por día. Estos participantes se compararon con un grupo adicional de 10 participantes de control que usaban una versión fija de su pulgar mientras completaban el mismo entrenamiento.

Durante las sesiones diarias en el laboratorio, los participantes fueron entrenados para usar el pulgar con énfasis en las tareas que ayudaron a aumentar la cooperación entre sus manos y pulgares, como levantar varias bolas o copas de vino con una mano. Aprendieron los conceptos básicos del uso del pulgar muy rápidamente, mientras que el entrenamiento les permitió mejorar con éxito el control motor, la destreza y la coordinación de la mano y el pulgar. Los participantes pudieron usar sus pulgares cuando estaban distraídos (construyendo una torre de madera mientras resolvían un problema aritmético) o con los ojos vendados.

El diseñador Danny Claude (Instituto de Neurociencia Cognitiva de la UCL y Danny Claude Design), que formó parte del equipo de investigación central, dijo: “Nuestro estudio muestra que las personas pueden aprender rápidamente a controlar el aparato de aumento y usarlo en su beneficio, sin pensar demasiado. En tercer lugar, las personas cambiaron los movimientos naturales de sus manos y también informaron que el pulgar robótico parecía una parte de su cuerpo ».

La primera autora del estudio, Paulina Keliba (Instituto de Neurociencia Cognitiva de la UCL) dijo: “El aumento corporal puede algún día ser valioso para la sociedad de varias maneras, como permitir que un cirujano maneje los asuntos sin un asistente o permitir que un trabajador de una fábrica trabajar de manera más eficiente. Podría suceder. Este tipo de trabajo revolucionó el concepto de prótesis, y podría ayudar a alguien que no puede usar una mano de manera permanente o temporal, a hacer todo con esa mano. Pero para llegar allí, necesitamos continuar investigando el preguntas complejas y multidisciplinarias sobre cómo estos dispositivos interactúan con nuestros cerebros «.

Antes y después del entrenamiento, los investigadores escanearon los cerebros de los participantes usando fMRI, mientras los participantes movían sus dedos individualmente (no usaban sus pulgares mientras estaban en el escáner). Los investigadores encontraron cambios sutiles pero importantes en la forma en que la mano agrandada con el tercer pulgar (pero no la otra mano) se representa en la corteza sensorial del cerebro. En nuestro cerebro, cada dedo está representado de forma distinta a los demás; Entre los participantes del estudio, el patrón de actividad cerebral correspondiente a cada dedo se volvió más similar (menos distinto).

Después de una semana, algunos de los participantes fueron escaneados nuevamente y los cambios en la región del cerebro de la mano retrocedieron, lo que indica que los cambios pueden no ser a largo plazo, aunque se necesita más investigación para confirmarlo.

Es el primer estudio de aumento que se realiza durante varios días de capacitación prolongada, y el primero en incluir un grupo de comparación no capacitado. Éxito Nuestro estudio demuestra el valor de que los neurocientíficos trabajen en estrecha colaboración con diseñadores e ingenieros para garantizar que los dispositivos de aumento aprovechen al máximo de la capacidad de nuestro cerebro para aprender y adaptarse, al tiempo que se garantiza que los dispositivos de aumento se puedan utilizar de forma segura «.

El profesor McCain agregó: «La evolución no nos ha preparado para usar una parte adicional del cuerpo, y hemos descubierto que para expandir nuestras capacidades de formas nuevas e inesperadas, el cerebro necesitará adaptar la representación del cuerpo biológico».

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Los investigadores, con sede en UCL y la Universidad de Oxford, han recibido el apoyo del Consejo Europeo de Investigación, Wellcome y Sir Halley Stewart Charitable Trust.