Contrólese: agregar hápticas a las manos protésicas alivia la carga mental de los usuarios
Crédito: Universidad Johns Hopkins
Investigadores de las universidades Johns Hopkins y Drexel afirman que agregar hápticas, un sentido artificial del tacto, a las prótesis de miembros superiores reduce el esfuerzo mental necesario para operar el dispositivo, acercándonos al desarrollo de tecnología protésica que funciona más como extremidades sanas.
En lo que los investigadores llaman el primer estudio de este tipo, el equipo interinstitucional usó neuroimágenes para investigar si la retroalimentación háptica ayudaría a las personas que usan prótesis de manos a gastar menos esfuerzo mental mientras realizan tareas. Los hallazgos del equipo se publicaron hoy en IEEE Transactions on Human Machine Systems.
«Los estudios han demostrado que agregar hápticos a los dispositivos protésicos tiene beneficios, ya que la información sensorial ayuda al usuario a realizar mejor las tareas», dice el autor principal. Jeremy D. Brown, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería Whiting de la Universidad Johns Hopkins. «Pero lo que no ha estado claro es cómo la retroalimentación háptica afecta los procesos cognitivos. Nuestro estudio proporciona pruebas sólidas de que la retroalimentación háptica es beneficiosa tanto desde una perspectiva cognitiva como de desempeño de tareas».
Las prótesis pueden mejorar la calidad de vida. para muchos amputados, pero algunos también informan que usarlos para realizar tareas cotidianas puede ser un desafío. Las prótesis producidas comercialmente ofrecen al usuario una retroalimentación sensorial limitada o nula; en cambio, los usuarios confían en gran medida en la retroalimentación visual observando cuidadosamente su propio dispositivo mientras lo mueven para controlar con precisión sus movimientos.
Tener que monitorear constantemente su prótesis mientras la usan es mentalmente agotador para algunos usuarios, lo que hace que algunos abandonen su dispositivo por completo. Aun así, se han realizado relativamente pocos estudios para evaluar la demanda mental que se impone a las personas cuando usan prótesis.
En este estudio, se pidió a los participantes que usaran una prótesis para apretar tres bloques que parecían idénticos, pero que eran en realidad de diversos grados de rigidez, e identificar la más rígida. Llevaron a cabo la tarea usando su mano sana, usando una prótesis estándar y con una prótesis que proporcionaba retroalimentación de la fuerza de agarre a través de vibraciones.
Usando espectroscopia de infrarrojo cercano funcional, los investigadores midieron el esfuerzo mental de los participantes del estudio mientras realizaban tareas simples usando una prótesis de mano. Crédito: Universidad Johns Hopkins
Durante cada tarea, los investigadores midieron el esfuerzo mental de cada participante por medio de una técnica de neuroimagen llamada espectroscopia funcional de infrarrojo cercano, fNIRS, que monitoreaba directamente su actividad cerebral. Con fNIRS, los participantes usan un casco portátil que mide la naturaleza variable del esfuerzo mental a través de cambios en los niveles de oxigenación de la sangre en la corteza prefrontal, la parte del cerebro involucrada en la toma de decisiones, la planificación y otros comportamientos; cuanto más exige cognitivamente una tarea, más oxígeno se bombea hacia la corteza prefrontal.
«La neuroimagen móvil basada en FNIRS permite la medición continua de la función cerebral en entornos cada vez más realistas y, por lo tanto, permite estudiar la cognición natural con aplicaciones prácticas para la vida cotidiana», dice Hasan Ayaz, coautor principal del estudio y profesor asociado y Provost Solutions Fellow en la Escuela de Ingeniería Biomédica, Ciencias y Sistemas de Salud de la Universidad de Drexel. «Este estudio también es una demostración del campo interdisciplinario emergente de la neuroergonomía, que se beneficia de los avances en la neuroimagen móvil y puede ayudar a informar el diseño de herramientas, tecnología y entornos de trabajo, incluidas las prótesis».
Al comparar carga cognitiva en todas las condiciones, el equipo descubrió que los participantes que usaban sus manos sanas se desempeñaron mejor con la menor cantidad de esfuerzo mental. Los investigadores dicen que esto era de esperar, teniendo en cuenta que la mano humana está equipada con unos 17.000 receptores sensoriales. Pero cuando usaron la prótesis con retroalimentación háptica integrada, los participantes realizaron mejor la tarea y registraron una carga cognitiva más baja que los participantes que usaron una prótesis estándar.
Los investigadores dicen que los resultados demuestran el valor potencial de la háptica retroalimentación sensorial en prótesis, especialmente si estudios futuros confirman que minimizar la carga cognitiva maximizará la usabilidad de los dispositivos protésicos. Brown dice que el trabajo futuro de su grupo se centrará en aplicar este método a tareas más complejas y validar estos hallazgos con amputados de las extremidades superiores. Él cree que una mayor comprensión de la retroalimentación háptica y la carga cognitiva beneficiará el campo más amplio de las interacciones entre humanos y robots, más allá de los dispositivos protésicos.
El equipo considera que el estudio es una verdadera revelación sobre cuán bueno es el » estándar de oro» es para la investigación de prótesis, en este caso, la mano natural.
Los participantes estaban casi perfectos con sus extremidades naturales. En muchos sentidos, nos muestra que los hápticos tienen claros beneficios para las prótesis, pero todavía tenemos un largo camino por recorrer si queremos replicar verdaderamente la forma y función de lo que podemos hacer con nuestras extremidades naturales», dijo Neha Thomas, autor principal del artículo y estudiante de posgrado en ingeniería biomédica.
Otros colaboradores del laboratorio de Brown incluyen a Garrett Ung, estudiante de maestría en robótica y ex alumno reciente del programa de pregrado de ingeniería mecánica.
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Percepción de la prótesis como más liviana gracias al neurofeedback Más información: Neha Thomas et al. Neurophysiological Evaluation of Haptic Feedback for Myoelectric Prostheses, IEEE Transactions on Human-Machine Systems (2021). DOI: 10.1109/THMS .2021.3066856 Proporcionado por la Universidad Johns Hopkins Cita: Controle: Agregar hápticos a las manos protésicas alivia la carga mental de los usuarios (2021, 15 de abril) consultado el 30 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news /2021-04-agregando-haptics-prost hetic-eases-users.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.