L’utilisation robotique du « troisième pouce » peut changer la façon dont la main est représentée dans le cerveau
L’utilisation d’un « troisième pouce » robotique peut avoir un impact sur la façon dont la main est représentée dans le cerveau, selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’University College London.
Le groupe a formé des individus à l’utilisation d’un pouce robotique supplémentaire et a découvert qu’ils pouvaient efficacement effectuer des travaux adroits, comme construire une tour de blocs, avec une seule main (maintenant avec deux pouces). Les scientifiques rapportent dans la revue Science Robotiques que les participants formés à l’utilisation du pouce avaient également l’impression qu’il faisait partie de leur corps.
Le designer Dani Clode a commencé à développer l’outil Third Thumb dans le cadre d’un projet d’études supérieures primé au Royal College of Art, cherchant à recadrer les moyens que nous regardons les prothèses, de la modification d’une caractéristique perdue à une extension du corps humain. Elle a ensuite été invitée à s’inscrire auprès de l’équipe de neuroscientifiques de l’enseignante Tamar Makin à l’UCL, qui vérifiait à quel point l’esprit peut s’adapter à l’augmentation du corps.
L’enseignant Makin (UCL Institute of Cognitive Neuroscience), l’auteur principal de l’étude, a déclaré : « L’amélioration du corps est un domaine en expansion visant à développer nos capacités physiques, mais nous ne comprenons pas clairement comment notre esprit peut s’y adapter. En étudiant des personnes utilisant le troisième pouce intelligemment conçu de Dani, nous avons cherché à répondre aux préoccupations essentielles quant à savoir si l’esprit humain peut prendre en charge une composante corporelle supplémentaire, et aussi comment la technologie moderne pourrait influencer notre esprit. Tout au long des sessions quotidiennes en laboratoire, les participants ont appris à utiliser le pouce, en se concentrant sur les tâches qui aidaient à améliorer le travail d’équipe entre leur main et le pouce, comme obtenir plusieurs tournées ou des verres à vin avec une seule main. Ils ont rapidement découvert les bases de l’utilisation du pouce, tandis que la formation leur a permis d’améliorer efficacement leur contrôle moteur, leur maîtrise ainsi que leur contrôle main-pouce. Lorsqu’ils étaient distraits, les individus pouvaient également utiliser le pouce – développer une tour de blocs de bois tout en faisant un problème de mathématiques – ou les yeux bandés.
Le développeur Dani Clode (UCL Institute of Cognitive Neuroscience et Dani Clode Layout) qui a rejoint l’équipe d’étude de base, a déclaré : « Notre étude révèle que les gens peuvent rapidement découvrir comment réguler un dispositif d’amélioration et l’utiliser à leur avantage, sans trop réfléchir. Nous avons vu qu’en utilisant le troisième pouce, les individus modifiaient leurs mouvements naturels de la main, et ils ont également signalé que le pouce du robot faisait partie de leur propre corps.
La première rédactrice de l’étude, Paulina Kieliba (UCL Institute of Cognitive Neuroscience), a déclaré : avec succès. Cette ligne de travail pourrait transformer le concept de prothèse, et elle peut aider une personne qui peut complètement ou momentanément utiliser une main pour tout faire en gardant cette main. Pourtant, pour y arriver, nous devons examiner les enquêtes interdisciplinaires difficiles sur la façon dont ces appareils se connectent à notre cerveau. »
Avant et après la formation, les chercheurs ont scanné le cerveau des individus à l’aide de l’IRMf pendant que les participants bougeaient leurs doigts séparément (ils ne mettaient pas le pouce lorsqu’ils étaient dans le scanner). Les scientifiques ont découvert des changements subtils, mais significatifs dans la façon dont la main qui avait été boostée avec le troisième pouce (mais pas l’autre main) était représentée dans le cortex sensorimoteur du cerveau. Dans notre cerveau, chaque doigt se distingue définitivement des autres ; parmi les individus de l’étude, le modèle d’activité mentale représentant chaque doigt privé est devenu beaucoup plus comparable (beaucoup moins distinctif).
Une semaine plus tard, plusieurs individus ont été à nouveau scannés et les changements dans l’emplacement de la main de leur esprit avaient également diminué, suggérant que les modifications ne pouvaient pas être à long terme, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour le vérifier.
Paulina Kieliba a déclaré : « Notre recherche est la première à étudier l’utilisation d’un outil d’amélioration au-delà d’un laboratoire. L’étude initiale de recherche sur l’augmentation a porté sur plusieurs jours de formation prolongée et a été la première à avoir un groupe de comparaison non formé. Le succès de notre étude montre la valeur des neuroscientifiques travaillant en étroite collaboration avec les concepteurs et les ingénieurs pour s’assurer que les gadgets d’amélioration tirent parti de la capacité de notre esprit à découvrir et à s’adapter tout en s’assurant que les gadgets d’augmentation peuvent être utilisés en toute sécurité.
Le professeur Makin a ajouté : « L’évolution ne nous a pas préparés à utiliser une partie supplémentaire du corps, et nous avons découvert que pour prolonger nos capacités dans des méthodes nouvelles et imprévues, le cerveau devra adapter la représentation du corps biologique.
Le troisième pouce est imprimé en 3D, ce qui le rend facile à personnaliser, et se porte sur le côté de la main opposé au pouce de l’utilisateur, près du petit doigt (petit doigt). Le porteur le régule avec des unités de détection de pression fixées à ses pieds, sous les gros orteils. Liés sans fil au pouce, les deux capteurs d’orteils contrôlent divers mouvements du pouce en répondant immédiatement aux ajustements de pression affinés de l’utilisateur.
Pour la recherche, 20 participants ont été éduqués à utiliser le pouce pendant cinq jours, au cours desquels ils ont également été invités à prendre la résidence du pouce tous les jours après l’entraînement pour l’utiliser dans des situations de la vie quotidienne, en complétant 2 à 6 heures de port par jour. Ces participants ont été comparés à une équipe supplémentaire de 10 personnes témoins qui ont utilisé une version à pouce fixe tout en suivant la même formation.
Référence: “Robotic hand augmentation drives changes in neural body representation” by Paulina Kieliba, Danielle Clode, Roni O. Maimon-Mor and Tamar R. Makin, 19 May 2021, Science Robotics.
DOI: 10.1126/scirobotics.abd7935
