第三の親指ロボット使用で「脳内の手の表現」に変化

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第三の親指ロボット使用で「脳内の手の表現」に変化

ロボットの余分な親指を使用するように人々を訓練し、片手で手先の器用な作業を効果的に行えることを発見しました。また、親指を使う訓練を受けた被験者は、親指が自分の体の一部のように感じられるようと述べてます。

The team trained people to use a robotic extra thumb and found they could effectively carry out dextrous tasks, like building a tower of blocks, with one hand (now with two thumbs). The researchers report in the journal Science Robotics that participants trained to use the thumb also increasingly felt like it was a part of their body.

参照元:https://www.ucl.ac.uk/news/2021/may/robotic-third-thumb-use-can-alter-brain-representation-hand
– ロンドン大学 University College London. 20 May 2021 –

ロボットの「第3の親指」を使うと、手が脳の中でどのように表現されるかに影響を与えることが、UCLの研究者たちが率いる新しい研究で明らかになりました。

研究チームは、ロボットの余分な親指を使用するように人々を訓練し、片手(現在は2本の親指)でブロックのタワーを建てるような手先の器用な作業を効果的に行えることを発見しました。

また、親指を使う訓練を受けた被験者は、親指が自分の体の一部のように感じられるようになったと、学術誌「Science Robotics」に報告しています。

デザイナーのDani Clode氏は、ロイヤル・カレッジ・オブ・アート(Royal College of Art)で受賞歴のある大学院プロジェクトの一環として、「第3の親指」と呼ばれるデバイスの開発を始めました。

これは、失われた機能を補うものではなく、人間の体の延長線上にあるものとして義肢を捉える方法を再考することを目的としています。

その後、UCLの神経科学者であるタマー・マキン教授のチームに招かれ、身体の拡張に脳がどのように適応できるかを研究しました。

本研究の筆頭著者であるメイキン教授(UCL認知神経科学研究所)は話します。

「身体拡張は、私たちの身体能力を向上させることを目的とした成長分野ですが、私たちの脳がそれにどのように適応できるかについては、明確な理解が得られていません。本研究では、Dani社の巧妙に設計されたThird Thumbを使用する人々を調査することで、人間の脳が余分な体の部位を支えることができるのか、また、この技術が脳にどのような影響を与えるのかといった重要な疑問に答えようとしました。」

第3の親指は、3Dプリントされているため、カスタマイズが容易で、ユーザーの実際の親指とは反対側の手の小指付近に装着します。

装着者は、足の母指の裏側に取り付けられた圧力センサーで操作します。

親指にワイヤレスで接続された両足指のセンサーは、装着者の微妙な圧力の変化に即座に反応して、親指のさまざまな動きを制御します。

今回の研究では、20名の参加者が5日間にわたって親指を使うトレーニングを受け、トレーニング後には毎日家に持ち帰って日常生活の中で親指を使うように促されました。

これらの参加者は、同じトレーニングを受けながら、静的なバージョンの親指を装着した10人の対照群と比較されました。

実験室での毎日のセッションで、参加者は、複数のボールやワイングラスを片手で拾うなど、手と親指の協調性を高める作業を中心に、親指の使い方のトレーニングを受けました。

参加者は、親指の使い方の基本をすぐに覚え、このトレーニングによって、運動制御、器用さ、手と親指の協調性を高めることに成功しました。

参加者は、数学の問題を解いているときに木のブロックでタワーを作ったり、目隠しをしているときにも親指を使うことができました。

研究チームの一員であるデザイナーのDani Clode(UCL認知神経科学研究所およびDani Clode Design)氏は話します。

「今回の研究では、人は考えすぎることなく、すぐに拡張デバイスの操作を覚え、自分のために使うことができることがわかりました。第3の親指を使っている間、人々は自然な手の動きを変えることができ、ロボットの親指が自分の体の一部のように感じられると報告しています。」

本研究の筆頭著者であるPaulina Kieliba氏(UCL認知神経科学研究所)は話します。

「例えば、外科医が助手なしで仕事ができるようになったり、工場で働く人がより効率的に仕事ができるようになったりします。この分野は義肢装具の概念を大きく変える可能性があり、永久的または一時的に片方の手しか使えない人が、その手ですべてのことを行えるようになるかもしれません。しかし、そこに到達するためには、これらの機器が脳とどのように相互作用するかという複雑で学際的な問題の研究を続ける必要があります。」

トレーニングの前後に、参加者が個々に指を動かしている間に、研究者たちはfMRIを使って参加者の脳をスキャンしました(スキャナーに入っている間は、サムを装着していませんでした)。

その結果、第3の親指を装着した手(もう片方の手ではない)が、脳の感覚運動野でどのように表現されるかに、微妙ながらも大きな変化が見られたそうです。

私たちの脳では、それぞれの指は他の指とは異なって表現されているが、実験参加者の間では、それぞれの指に対応する脳の活動パターンがより似通ったものになりました(よりはっきりしなくなった)。

1週間後、一部の被験者を再度スキャンしたところ、脳の手の領域の変化はおさまっており、この変化は長期的なものではない可能性が示唆されましたが、これを確認するにはさらなる研究が必要です。

Paulina Kieliba氏は話します。

「私たちの研究は、研究室の外でオーグメンテーション装置の使用を調査した初めての研究です。また、何日もかけて長時間のトレーニングを行うオーグメンテーションの研究としては初めてであり、トレーニングをしていない比較対象グループを設けたのも初めてです。今回の研究の成功は、神経科学者がデザイナーやエンジニアと密接に協力して、拡張デバイスが脳の学習・適応能力を最大限に活用し、同時に拡張デバイスを安全に使用できるようにすることの重要性を示しています。」

メイキン教授は補足します。

「進化は、私たちが余分な体の一部を使用するための準備をしていません。私たちは、予想外の新しい方法で能力を拡張するためには、脳が生体の表現を適応させる必要があることを発見しました。」

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