Robotic hand controlled by thought

Robotic hand controlled by thought
Last Updated: Wednesday, December 2, 2009 | 12:41 PM ET 
The Associated Press 
Amputee Pierpaolo Petruzziello's arm is linked with electrodes to a robotic hand, seen at left, as part of an experiment, called LifeHand, to control the prosthetic with his thoughts. (Bio-Medical Campus University/Associated Press) 
A robotic hand has been successfully connected to an amputee, allowing him to feel sensations in the artificial limb and control it with his thoughts, a group of European scientists said Wednesday.
The experiment lasted a month, and the scientists say it was the first time a patient has been able to make complex movements using his mind to control a biomechanical hand connected to his nervous system.
The Italian-led team said at a news conference Wednesday in Rome that last year it implanted electrodes into the arm of the patient who had lost his left hand and forearm in a car accident.
The prosthetic was not implanted on the patient, only connected through the electrodes. During the news conference, video was shown of 26-year-old Pierpaolo Petruzziello as he concentrated to give orders to the hand placed next to him.
"It's a matter of mind, of concentration," Petruzziello said. "When you think of it as your hand and forearm, it all becomes easier."
During the month he had the electrodes connected, Petruzziello learned to wiggle the robotic fingers independently, make a fist, grab objects and make other movements.
"Some of the gestures cannot be disclosed because they were quite vulgar," joked Paolo Maria Rossini, a neurologist who led the team working at Rome's Campus Bio-Medico, a university and hospital that specialize in health sciences.
Permanent installation next challenge
The $3-million project, funded by the European Union, took five years to complete and produced several scientific papers that have been published or are being submitted to top journals, including Science Translational Medicine and Proceedings of the National Academy of Sciences, Rossini said.
Experts not involved in the study told The Associated Press the experiment was an important step forward in creating an interface between the nervous system and prosthetic limbs, but the challenge now is ensuring that such a system can remain in the patient for years and not just a month.
"It's an important advancement on the work that was done in the mid-2000s," said Dustin Tyler, a professor at Case Western Reserve University and biomedical engineer at the VA Medical Center in Cleveland, Ohio. "The important piece that remains is how long beyond a month we can keep the electrodes in."
After Petruzziello recovered from the microsurgery he underwent to implant the electrodes in his arm, it only took him a few days to master use of the robotic hand, Rossini said. By the time the experiment was over, the hand obeyed the commands it received from the man's brain in 95 per cent of cases.
Petruzziello, an Italian who lives in Brazil, said the feedback he got from the hand was amazingly accurate.
"It felt almost the same as a real hand. They stimulated me a lot, even with needles … you can't imagine what they did to me," he joked with reporters.
While the "LifeHand" experiment lasted only a month, this was the longest time electrodes had remained connected to a human nervous system in such an experiment, said Silvestro Micera, one of the engineers on the team. Similar, shorter-term experiments in 2004-05 had hooked up amputees to a less-advanced robotic arm, and patients were only able to make basic movements, he said.
Experts around the world have developed other thought-controlled prostheses. One approach used in the United States involves surgery to graft shoulder nerves onto pectoral muscles and then learning to use those muscles to control a bionic arm.
While that approach is necessary when the whole arm has been lost, if a stump survives doctors could opt for the less invasive method proposed by the Italians, connecting the prosthesis to the same system the brain uses to send and receive signals.
'Natural' approach
"The approach we followed is natural," Rossini said. The patient "didn't have to learn to use muscles that do a different job to move a prosthesis, he just had to concentrate and send to the robotic hand the same messages he used to send to his own hand."
It will take at least two or three years before scientists try to replicate the experiment with a more long-term prosthesis, the experts said. First they need to study if the hair-thin electrodes can be kept in longer.
Results from the experiment are encouraging, as the electrodes removed from Petruzziello showed no damage and could well stay in longer, said Klaus-Peter Hoffmann, a biomedical expert at the Fraunhofer-Gesellschaft, the German research institute that developed the electrodes.
More must also be done to miniaturize the technology on the arm and the bulky machines that translate neural and digital signals between the robot and the patient.
Key steps forward are already being made, Rossini said. While working with Petruzziello, the Italian scientists also were collaborating on a parallel EU-funded project called "SmartHand," which has developed a robotic arm that can be directly implanted on the patient.
© The Canadian Press, 2009



Amputáltak Pierpaolo Petruzziello karját kapcsolódik elektródákat egy robot kéz, bal oldalon látható részeként egy kísérlet, az úgynevezett LifeHand, hogy ellenőrizzék a protetikai az ő gondolatait. (Bio-Medical Campus Egyetem / Associated Press)
A robot kéz sikeresen csatlakozik amputált, amely lehetővé teszi számára, hogy úgy érzi, érzések a mesterséges végtag és ellenőrzés az ő gondolatait, a csoport európai tudósok szerdán.
A kísérletet egy hónap, és a tudósok azt mondják, ez volt az első alkalom, hogy beteg volt képes összetett mozgások használja elméjét, hogy ellenőrizzék a biomechanikai kezét kötve az idegrendszerre.
Az olasz vezette csapat azt mondta egy sajtótájékoztatón szerdán Rómában, hogy a múlt évben ültetett elektródákat a karját a beteg, aki elvesztette a bal kezét, és az alkar egy autóbalesetben.
A prosztetikus nem implantáltunk be a páciens, egyetlen összefüggő keresztül az elektródák. A sajtótájékoztatón, video mutatták a 26-éves Pierpaolo Petruzziello ahogy betöményítve megrendelések a kéz mellé neki.
"Ez a kérdés az elme, a koncentráció, a" Petruzziello mondta. "Ha úgy gondolja, hogy, mint a kéz és az alkar, minden könnyebbé válik."
A hónap során a volt az elektródák csatlakoztatása Petruzziello megtanulta kígyózik a robot ujjai függetlenül, hogy egy ököl, megragad tárgyakat, és egyéb mozgások.
"Egyes gesztusok nem lehet nyilvánosságra hozni, mert meglehetősen vulgáris," viccelődött Paolo Maria Rossini, a neurológus, aki vezette a csapatot dolgozó Róma Campus Bio-Medico, egyetemi és kórházi szakosodott egészségügyi tudományok.
Állandó telepítés következő kihívás
A $ 3-milliós projektet, amelyet az Európai Unió vette át öt évig tart, és készített több tudományos dolgozat, amely már közzétett vagy jelenleg benyújtott top folyóiratokban, köztük Science Translational Medicine és Proceedings of the National Academy of Sciences, Rossini mondta.
Szakértők nem vett részt a tanulmányban azt mondta a The Associated Press A kísérlet fontos lépés volt előre megteremtésében közötti interfész az idegrendszert és protetikai végtagok, de a kihívás most annak biztosítása, hogy egy ilyen rendszer maradhat a beteg évekig, és nem csak a hónap.
"Ez egy fontos előrelépés a munkát, amit végzett az 2000-es évek közepén," mondta Dustin Tyler, a professzor a Case Western Reserve University és orvosbiológiai mérnök, a VA Medical Center in Cleveland, Ohio. "A fontos eleme marad, meddig túl egy hónap tudjuk tartani az elektródák be"
Miután Petruzziello felépült a mikrosebészeti ő ment implantátum az elektródákat a karját, csak elvitte néhány nappal a mester használata a robotikus kéz, Rossini mondta. Mire a kísérlet véget ért, a kéz engedelmeskedett a parancsokat kapott a férfi agy 95 százaléka az esetek.
Petruzziello, egy olasz, aki él Brazíliában, mondta a visszajelzést kapta a keze bámulatosan pontos.
"Úgy éreztem magam, szinte ugyanaz, mint egy igazi kéz. Ösztönözték nekem egy csomó, még a tű ... el sem tudod képzelni, mit tettek velem," viccelődött az újságíróknak.
Míg a "LifeHand" kísérlet tartott, csak egy hónap, ez volt a leghosszabb ideig elektródák maradt csatlakozik az emberi idegrendszer egy ilyen kísérlet, azt mondta Silvestro Micera, az egyik a mérnökök a csapatban. Hasonló, rövidebb távú kísérletek 2004-05 már akasztott fel amputees egy kevésbé fejlett robotkar, és a betegek csak képes arra, hogy az alapvető mozgások, mondta.
A szakértők világszerte kifejlesztett egyéb gondolat vezérelt protézisek. Az egyik megközelítés használják az Egyesült Államokban magában műtét graft vállig idegek rá mellizom majd a tanulás használja azokat az izmokat, hogy ellenőrizzék a bionikus kar.
Bár ez megközelítésre van szükség, amikor az egész kar elvész, ha a csonk túléli orvosok választhatják a kevésbé invazív módszer által javasolt olaszok, amely összeköti a protézis, hogy ugyanazt a rendszert az agy használ küldeni és fogadni jeleket.
"Természetes" megközelítés
"A megközelítés követtük természetes" Rossini mondta. A beteg "nem kell tanulni használni izmok, hogy csinál egy másik feladat áthelyezni egy protézis, csak kellett koncentrálni, és elküldi a robot kéz ugyanazon üzeneteket szokott küldeni a saját kezét."
Időbe fog telni, legalább két vagy három évvel ezelőtt a tudósok megpróbálják megismételni a kísérletet egy hosszabb távú protézis, a szakértők szerint. Először meg kell tanulni, ha a haj vékony elektródák tartható tovább.
Eredmények a kísérlet bíztató, hiszen az elektródák törlését Petruzziello nem mutattak károsodást és ez jól maradni hosszabb, mondta Klaus-Peter Hoffmann, a orvosbiológiai szakértő a Fraunhofer-Gesellschaft, a német kutatóintézet, hogy kifejlesztette az elektródákat.
Többet is meg kell tenni annak miniatürizálni a technológia a kar és a terjedelmes gépek lefordítani a neurális és digitális jelek között a robot és a beteg.
Key előremutató lépések már készül, Rossini mondta. Míg dolgozik Petruzziello az olasz tudósok is arra együttműködés a párhuzamos uniós finanszírozású projekt az úgynevezett "SmartHand", amely kifejlesztett egy robotkar, amely közvetlenül beültethető a beteg.
© A Canadian Press, 2009