Gumann M.1, Lapeyre E.2, Ricardo D.2, Pacchetto F.1, Cattaert D.1, de Rugy A.1
1Università di Bordeaux, Gironde, Bordeaux, Francia, 2Hôpital du Val de Grace, Parigi, Francia
Sfondo: Le odierne protesi mioelettriche offrono una vasta gamma di movimenti meccanici. Tuttavia, l'interfaccia tra l'uomo e la macchina è ancora lineare e non integra le importanti funzioni regolatrici dei circuiti sensomotori spinali. L'SLR è una rete sensomotoria spinale la cui dinamica è in grado di controllare un movimento.
Scopo: In questo studio, abbiamo testato la capacità di questo modello di rete spinale (SLR) di produrre a semplice gesto che consiste in una flessione dell'avambraccio sul braccio con un'ampiezza di movimento e velocità prefissate. In questo contesto, il complesso corso temporale dei comandi sensomotori necessari per realizzare il movimento doveva essere totalmente prodotto dalla dinamica della rete spinale.
Metodi: È stato sviluppato un modello 3D del gomito con due muscoli antagonisti guidati dalla rete. La stimolazione della rete è stata effettuata in due parti. La prima parte (SET) regola l'eccitabilità della rete e le proprietà della sinapsi, al fine di mettere la rete in uno stato funzionale pronto a produrre un movimento, ma senza innescarlo. La seconda fase (GO) innesca il movimento applicando una stimolazione alla rete, ad eccezione dei motoneuroni α e γ, le cui attivazioni sono gestite dalla dinamica della rete. Il modello è stato testato in presenza di gravità (1) e perturbazione (2). L'errore quadratico medio (MSE) tra la cinematica target e la cinematica ottenuta è stato utilizzato per quantificare la qualità del movimento. Questo MSE è stato ottimizzato mediante una semplice ricerca per tentativi ed errori sul livello di stimolazione corrente a ciascun neurone negli stati SET e GO, nonché sui valori della soglia presinaptica e della conduttanza sinaptica.
risultati: Per una flessione target del gomito di 40° eseguita in 300ms, l'MSE ottenuto dopo l'ottimizzazione era 5deg2 per la condizione 1 e 42,62deg2 per la condizione 2. Questi risultati producono una cinematica che è ragionevolmente vicina a quella desiderata.
Conclusione(i): Questi risultati indicano che una flessione arbitraria del gomito può essere generata e stabilizzata senza comandi diretti ai motoneuroni α e γ in presenza di gravità e con perturbazione. Questo lavoro illustra l'importante funzione regolatrice delle reti spinali, che potrebbe impedire al cervello di mantenere una memoria di tutti i possibili schemi e regolazioni che sarebbero necessarie per gestire qualsiasi perturbazione imprevedibile. Invece, questa funzione di regolazione spinale offre l'opportunità di trattare le perturbazioni localmente, in modo chiuso e veloce.
implicazioni: La regolazione della rete biomimetica di questo tipo dovrebbe essere in grado di migliorare sostanzialmente i sistemi di controllo per gli arti protesici.
Riconoscimenti di finanziamento: Questo progetto è stato selezionato e premiato con una borsa di dottorato dalla Direzione generale dell'esercito francese (DGA).
Argomento: Disabilità e riabilitazione
Approvazione etica: Non era necessaria alcuna approvazione etica per questa ricerca.
Tutti gli autori, le affiliazioni e gli abstract sono stati pubblicati come inviati.
