Die Verwendung eines Roboter-„Dritten Daumens“kann die Repräsentation der Hand im Gehirn beeinflussen, findet eine neue Studie unter der Leitung von UCL-Forschern.
Das Team trainierte Menschen im Umgang mit einem Roboter-Zusatzdaumen und stellte fest, dass sie geschickte Aufgaben wie das Bauen eines Turms aus Blöcken effektiv mit einer Hand (jetzt mit zwei Daumen) ausführen konnten. Die Forscher berichten in der Fachzeitschrift Science Robotics, dass Teilnehmer, die den Daumen trainierten, sich zunehmend auch als Teil ihres Körpers empfanden.
Designer Dani Clode begann mit der Entwicklung des Geräts namens Third Thumb als Teil eines preisgekrönten Abschlussprojekts am Royal College of Art, um die Art und Weise, wie wir Prothesen sehen, neu zu definieren, vom Ersatz einer verlorenen Funktion bis hin eine Erweiterung des menschlichen Körpers. Später wurde sie eingeladen, sich dem Team von Neurowissenschaftlern von Professor Tamar Makin an der UCL anzuschließen, die untersuchten, wie sich das Gehirn an die Körpervergrößerung anpassen kann.
Professor Makin (UCL Institute of Cognitive Neuroscience), Hauptautor der Studie, sagte: „Körpervergrößerung ist ein wachsendes Gebiet, das darauf abzielt, unsere körperlichen Fähigkeiten zu erweitern, aber uns fehlt ein klares Verständnis dafür, wie sich unser Gehirn daran anpassen kann Indem wir Menschen untersuchten, die Danis clever gest alteten dritten Daumen verwendeten, versuchten wir, Schlüsselfragen zu beantworten, ob das menschliche Gehirn einen zusätzlichen Körperteil unterstützen kann und wie sich die Technologie auf unser Gehirn auswirken könnte."
Der dritte Daumen ist 3D-gedruckt, wodurch er leicht angepasst werden kann, und wird auf der Seite der Hand getragen, die dem eigentlichen Daumen des Benutzers gegenüberliegt, in der Nähe des kleinen (kleinen) Fingers. Der Träger steuert es mit Drucksensoren, die an seinen Füßen angebracht sind, an der Unterseite der großen Zehen. Beide Zehensensoren sind drahtlos mit dem Daumen verbunden und steuern verschiedene Bewegungen des Daumens, indem sie sofort auf subtile Druckänderungen des Trägers reagieren.
Für die Studie wurden 20 Teilnehmer fünf Tage lang darin geschult, den Daumen zu verwenden, und während dieser Zeit wurden sie auch ermutigt, den Daumen jeden Tag nach dem Training mit nach Hause zu nehmen, um ihn in Szenarien des täglichen Lebens zu verwenden, was insgesamt zwei bis sechs Stunden dauerte Tragezeit pro Tag. Diese Teilnehmer wurden mit einer zusätzlichen Gruppe von 10 Kontrollteilnehmern verglichen, die eine statische Version des Daumens trugen, während sie dasselbe Training absolvierten.
Während der täglichen Sitzungen im Labor wurden die Teilnehmer darin geschult, den Daumen zu verwenden, wobei sie sich auf Aufgaben konzentrierten, die dazu beitrugen, die Zusammenarbeit zwischen ihrer Hand und dem Daumen zu verbessern, wie z. B. das Aufheben mehrerer Bälle oder Weingläser mit einer Hand. Sie lernten sehr schnell die Grundlagen der Verwendung des Daumens, während das Training es ihnen ermöglichte, ihre motorische Kontrolle, Geschicklichkeit und Hand-Daumen-Koordination erfolgreich zu verbessern. Die Teilnehmer konnten den Daumen sogar verwenden, wenn sie abgelenkt waren – beim Bauen eines Turms aus Holzblöcken, während sie eine Matheaufgabe lösten – oder mit verbundenen Augen.
Designer Dani Clode (UCL Institute of Cognitive Neuroscience and Dani Clode Design), der Teil des Kernforschungsteams war, sagte: „Unsere Studie zeigt, dass Menschen schnell lernen können, ein Augmentationsgerät zu steuern und es für sich zu verwenden profitieren, ohne groß darüber nachzudenken. Wir haben gesehen, dass Menschen bei der Verwendung des dritten Daumens ihre natürlichen Handbewegungen veränderten, und sie berichteten auch, dass sich der Roboterdaumen wie ein Teil ihres eigenen Körpers anfühlte."
Erstautorin der Studie, Paulina Kieliba (UCL Institute of Cognitive Neuroscience), sagte: „Die Körpervergrößerung könnte eines Tages in vielerlei Hinsicht für die Gesellschaft wertvoll sein, z Fabrikarbeiter effizienter zu arbeiten. Dieser Arbeitsbereich könnte das Konzept der Prothetik revolutionieren und jemandem helfen, der dauerhaft oder vorübergehend nur eine Hand benutzen kann, alles mit dieser Hand zu erledigen. Aber um dorthin zu gelangen, müssen wir weiter forschen die komplizierten, interdisziplinären Fragen, wie diese Geräte mit unserem Gehirn interagieren."
Vor und nach dem Training scannten die Forscher die Gehirne der Teilnehmer mit fMRT, während die Teilnehmer ihre Finger einzeln bewegten (sie trugen im Scanner keinen Daumen). Die Forscher fanden subtile, aber signifikante Veränderungen in der Darstellung der mit dem dritten Daumen erweiterten Hand (aber nicht der anderen Hand) im sensomotorischen Cortex des Gehirns. In unserem Gehirn wird jeder Finger deutlich von den anderen repräsentiert; bei den Studienteilnehmern wurde das Gehirnaktivitätsmuster, das jedem einzelnen Finger entspricht, ähnlicher (weniger ausgeprägt).
Eine Woche später wurden einige der Teilnehmer erneut gescannt, und die Veränderungen im Handbereich ihres Gehirns waren abgeklungen, was darauf hindeutet, dass die Veränderungen möglicherweise nicht langfristig sind, obwohl weitere Untersuchungen erforderlich sind, um dies zu bestätigen.
Paulina Kieliba sagte: „Unsere Studie ist die erste, die die Verwendung eines Augmentationsgeräts außerhalb eines Labors untersucht. Es ist die erste Augmentationsstudie, die über mehrere Tage lang andauerndes Training durchgeführt wird, und die erste, die eine untrainierte Vergleichsgruppe hat. Der Erfolg unserer Studie zeigt, wie wichtig es ist, dass Neurowissenschaftler eng mit Designern und Ingenieuren zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass Augmentationsgeräte die Lern- und Anpassungsfähigkeit unseres Gehirns optimal nutzen und gleichzeitig sicherstellen, dass Augmentationsgeräte sicher verwendet werden können."
Professor Makin fügte hinzu: „Die Evolution hat uns nicht darauf vorbereitet, einen zusätzlichen Körperteil zu verwenden, und wir haben festgestellt, dass das Gehirn die Repräsentation des biologischen Körpers anpassen muss, um unsere Fähigkeiten auf neue und unerwartete Weise zu erweitern."
Die an der UCL und der University of Oxford ansässigen Forscher wurden vom European Research Council, Wellcome und dem Sir Halley Stewart Charitable Trust unterstützt.
