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.
项目概要/摘要 将通过神经记录对四肢瘫痪的人进行伸手抓握和手部操作的研究 体感皮层的多电极阵列(MEA)和皮质内微刺激(ICMS)。 将在皮层抓握回路内进行,MEA 植入两个与抓握相关的区域,即腹侧 前运动皮质(PMv)和后顶叶皮质(ICMS)的前顶内区(AIP)。 被传送到体感皮层的 Brodmann 区 1 (BA1),目标 1 将比较 PMv 的记录。 和 AIP 来确定这两个区域如何处理抓取,我们将检验 AIP 的假设。 更关注高水平目标和 PMv 更关注运动轨迹这些结果将很重要。 选择未来神经假体开发的植入区域,目标 2 将检查触觉。 我们勇敢地面对刺激的检测、辨别和定位。 可以通过 ICMS 的频率、幅度和位置的不同参数来感知这些发现。 用于为目标 3 中的脑机接口 (BMI) 应用提供刺激诱导的触觉反馈。 我们将使用三个任务,将解码来自 AIP 和 PMv 的神经信号与 ICMS 结合起来,以实现某种感觉 双向 BMI 的反馈 这些任务将用于测试 BMI 表现 (1) 的频率和频率。 无视觉反馈的 ICMS 幅度辨别(“手提包任务”),(2) 用于基于学习的 本体感觉,以及(3)执行力反馈以调整抓握的操作器任务。 坚持认为患者将成功执行这些任务,表明双向 BMI 可行,并且可以提供用于抓握和手部操作的触觉和本体感觉信息。 已经开发出伪影剔除技术并在非人类灵长类动物中展示了其应用 (NHP)双向 BMI 任务我们还获得了这些研究的所有监管批准。 使用 PPC 记录在四肢瘫痪患者中应用 BMI 已取得成功,因此前景良好。 三年内成功完成这些目标 这些目标的结果将推动科学发展。 了解人类皮层的抓取处理以及双向的开发和实现 BMI 可帮助患有运动障碍的患者。

项目成果

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