Dexterous BMIs for tetraplegic humans utilizing somatosensory cortex stimulation

利用体感皮层刺激为四肢瘫痪的人提供灵巧BMI

基本信息

  • 批准号:
    9205978
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 97.78万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-09-30 至 2019-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project summary/abstract Reach-to-grasp and hand manipulation will be studied in tetraplegic humans with neural recordings from multielectrode arrays (MEAs) and intracortical microstimulation (ICMS) of somatosensory cortex. Recordings will be performed within the cortical grasp circuit with MEAs implanted in two grasp-related areas, the ventral premotor cortex (PMv) and the anterior intraparietal area (AIP) of the posterior parietal cortex (PPC). ICMS will be delivered to Brodmann's area 1 (BA1) of somatosensory cortex. Aim 1 will compare recordings from PMv and AIP to determine how grasping is processed by these two areas. We will test the hypothesis that AIP is more concerned with high-level goals and PMv more with motor trajectories. These results will be important for selecting areas for implantation for future neurosprosthetics development. Aim 2 will examine the tactile cues that can be provided by ICMS. We hypothesize that detection, discrimination, and location of stimuli will be perceived by varying parameters of frequency, amplitude and location of the ICMS. These findings will be used for providing stimulation induced tactile feedback for brain-machine interface (BMI) applications. In aim 3 we will use three tasks that combine decoding neural signals from AIP and PMv with ICMS for somesthetic feedback for a bidirectional BMI. The tasks will be used to test BMI performance (1) for frequency and amplitude discrimination of ICMS without visual feedback (“handbag task”), (2) for learning-based proprioception, and (3) a manipulandum task that implements force feedback for adjusting grasp. We hypothesize that the patients will successfully perform these tasks, indicating that bidirectional BMIs are feasible and can deliver tactile and proprioceptive information for grasp and hand manipulation. We have already developed artifact rejection techniques and demonstrated their application in a non-human primate (NHP) bidirectional BMI task. We also have all of the regulatory approvals for these studies and already have had success with BMI applications in tetraplegic patients using PPC recordings. Thus the outlook is good for successful completion of these aims within 3 years. The results of these aims will advance both the scientific understanding of grasp processing in human cortex and the development and implementation of bidirectional BMIs to assist patients with movement disorders.
项目摘要/摘要 触手可及和手动操纵将在四肢统计的人类中进行研究 体感皮质的多电极阵列(MEAS)和皮质内微刺激(ICMS)。录音 将在皮质抓地力电路中进行测量在两个与抓紧相关区域的腹侧 前顶层皮层(PPC)的前皮层(PMV)和前室内区域(AIP)。 ICM会 可以交付到体感皮质的Brodmann区域1(BA1)。 AIM 1将比较PMV的记录 和AIP来确定这两个领域如何处理抓握。我们将测试AIP是 更多地关注高级目标,而PMV则更多地关注电动机轨迹。这些结果将很重要 用于为未来的神经疾病开发选择植入区域。 AIM 2将检查触觉 ICM可以提供的提示。我们假设刺激的检测,歧视和位置将 通过不同的频率,放大器和ICMS位置的参数来感知。这些发现将是 用于为脑机界面(BMI)应用提供刺激引起的触觉反馈。在目标3中 我们将使用三个任务,将AIP的解码神经信号与PMV与ICMS结合在一起 双向BMI的反馈。这些任务将用于测试BMI性能(1)的频率和 没有视觉反馈的ICM的放大器歧视(“手提包任务”),(2)用于学习基于学习的 本体感受和(3)实现强制反馈以调整掌握的操作任务。我们 假设患者将成功执行这些任务,表明双向BMI是 可行,可以提供触觉和本体感受信息,以掌握和手动操纵。我们有 已经开发了人工制品拒绝技术,并在非人类灵长类动物中证明了它们的应用 (NHP)双向BMI任务。我们还拥有这些研究的所有监管部门批准,并且已经有 使用PPC记录在四磷酸患者中的BMI应用中取得了成功。展望对 这些目标在三年内成功完成。这些目标的结果将提高科学 了解人类皮质中的掌握加工以及双向的发展和实施 BMI协助运动障碍患者。

项目成果

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