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A direct spinal cord-computer interface enables the control of the paralysed hand in spinal cord injury

Oliveira, Daniela Souza und Ponfick, Matthias und Braun, Dominik I und Osswald, Marius und Sierotowicz, Marek und Chatterjee, Satyaki und Weber, Douglas und Eskofier, Bjoern und Castellini, Claudio und Farina, Dario und Kinfe, Thomas Mehari und Del Vecchio, Alessandro (2024) A direct spinal cord-computer interface enables the control of the paralysed hand in spinal cord injury. Brain, 147 (10), Seiten 3583-3595. Oxford University Press. doi: 10.1093/brain/awae088. ISSN 0006-8950.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://academic.oup.com/brain/article/147/10/3583/7631714

Kurzfassung

Paralysis of the muscles controlling the hand dramatically limits the quality of life for individuals living with spinal cord injury (SCI). Here, with a non-invasive neural interface, we demonstrate that eight motor complete SCI individuals (C5-C6) are still able to task-modulate in real-time the activity of populations of spinal motor neurons with residual neural pathways. In all SCI participants tested, we identified groups of motor units under voluntary control that encoded various hand movements. The motor unit discharges were mapped into more than 10 degrees of freedom, ranging from grasping to individual hand-digit flexion and extension. We then mapped the neural dynamics into a real-time controlled virtual hand. The SCI participants were able to match the cue hand posture by proportionally controlling four degrees of freedom (opening and closing the hand and index flexion/extension). These results demonstrate that wearable muscle sensors provide access to spared motor neurons that are fully under voluntary control in complete cervical SCI individuals. This non-invasive neural interface allows the investigation of motor neuron changes after the injury and has the potential to promote movement restoration when integrated with assistive devices.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/208476/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A direct spinal cord-computer interface enables the control of the paralysed hand in spinal cord injury
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Oliveira, Daniela SouzaNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-0320-7421NICHT SPEZIFIZIERT
Ponfick, MatthiasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Braun, Dominik INICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Osswald, MariusNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sierotowicz, MarekMarek.Sierotowicz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8040-6438NICHT SPEZIFIZIERT
Chatterjee, SatyakiNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weber, DouglasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eskofier, BjoernNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Castellini, ClaudioNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Farina, DarioNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-7883-2697NICHT SPEZIFIZIERT
Kinfe, Thomas MehariNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Del Vecchio, AlessandroNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 Oktober 2024
Erschienen in:Brain
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:147
DOI:10.1093/brain/awae088
Seitenbereich:Seiten 3583-3595
Verlag:Oxford University Press
ISSN:0006-8950
Status:veröffentlicht
Stichwörter:spinal cord
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Intuitive Mensch-Roboter Schnittstelle [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Strobl, Dr. Klaus H.
Hinterlegt am:13 Nov 2024 09:48
Letzte Änderung:13 Nov 2024 10:15

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