Warum ist sensorische Substitution nicht so erfolgreich?

Das Projekt Tactile Vision Substitution System (TVSS) von Bach-y-Rita wurde 1963 initiiert und gilt seither als der Gründervater der sensorischen Substitution . Das Konzept der sensorischen Substitution bezieht sich auf den Prozess, Informationen über die Welt von einem funktionalen sensorischen System (z. B. Berührung) zu erhalten, die normalerweise von einem verlorenen sensorischen System (z. B. Sehen bei Blinden) erhalten würden.

Bach-y-Rita entwickelte verschiedene Geräte, aber sein am häufigsten zitiertes bestand aus 400 vibrotaktilen Solenoiden, die auf der Rückseite eines Zahnarztstuhls montiert waren. Kamerabilder wurden in binäre ("schwarz-weiß") taktile Darstellungen auf dem Rücken eines Subjekts umgewandelt ("Sehen mit der Haut") ( Bach-y-Rita 1969 ):

Die mit dem TVSS erzielten Ergebnisse waren sehr vielversprechend: Nach ausreichender Übung (20 – 150 Stunden) konnten blinde Probanden Bewegungen wahrnehmen, Formen und Gegenstände erkennen und sogar Gesichter identifizieren. Es ermöglichte auch die Wertschätzung abstrakterer Konzepte, die für Blinde ziemlich ungewohnt sind, wie Schatten, Tiefe, Drohen, Zoomen und Parallaxe ( Bach-y-Rita, 2003) . Ein auf die Haut projiziertes Gesicht hätte sich so angefühlt (Foto eines Oszilloskopbildes, das die von der Kamera an das vibrotaktile Display gesendeten Spannungsreize darstellt).

Wie die erste Abbildung zeigt, war das TVSS jedoch groß und sperrig. Außerdem war es laut und stromhungrig und außerhalb des Labors einfach nicht sehr nützlich. Obwohl verschiedene tragbare Varianten konstruiert wurden, litten auch sie in unterschiedlichem Maße unter diesen Einschränkungen:

Die Arbeit von Bach-y-Rita wurde auf elektrotaktile Ansätze ausgeweitet und das Unternehmen Wicab vermarktet derzeit das Gerät BrainPort V100 in Europa. Es verfügt über eine am Kopf getragene Kamera, um die Umgebung zu scannen und diese Bilder auf ein Elektrodengitter zu übertragen, das die Zunge stimuliert, um elektrotaktile Empfindungen hervorzurufen (ähnlich wie ein Schluck Champagner oder eine Limonade):

Es verwendet Elektroden anstelle von sperrigen Vibroaktoren, was den Stromverbrauch erheblich reduziert, und dieser Ansatz hat eine tragbare Anwendung möglich gemacht. Elektroden benötigen jedoch eine feuchte Oberfläche oder es sind sehr hohe Spannungen erforderlich. Ein einfacher Ansatz bestand darin, das Elektrodengitter auf die Zunge aufzubringen. Die Zunge ist feucht und hat eine hervorragende Auflösung. Der BrainPort verfügt derzeit über 400 Elektroden und kann abgestufte Spannungen liefern, um Graustufenbilder auf der Zunge darzustellen.

Der BrainPort wurde erst vor kurzem in Europa (2013) vermarktet und eine FDA-Studie in den USA wurde gerade abgeschlossen. Soweit ich weiß, sind sie dort auch mit der Kommerzialisierung beschäftigt.

In Bezug auf Ihre Frage zur Gehirnplastizität : Es gibt eine Fülle von Informationen zu neuroplastischen Veränderungen im Gehirn aufgrund der Verwendung des BrainPort oder anderer sensorischer Substitutionsansätze (VoiCE, EyeMusic usw.). Grundsätzlich wurde gezeigt, dass die deafferenten visuellen Cortices für die taktile Informationsverarbeitung rekrutiert werden (z. B. Sadato, 2002 ) und sich das Gehirn somit aktiv an die neue Informationsquelle anpasst. Also nein , plastische Veränderungen sind nicht der limitierende Faktor.

Daher ist der BrainPort (und andere sensorische Substitutionsansätze wie der SonicGuide usw.) nützlich, tragbar, und nicht weniger wichtig, das Gehirn passt sich aktiv an die Verwendung des alternativen visuell-taktilen Inputs an, indem es den visuellen Kortex für die Verarbeitung visueller Informationen rekrutiert. Warum haben sensorische Substitutionsansätze dann nicht die Welt der visuellen Rehabilitation von Blinden erobert ? Es gibt eine Reihe wichtiger Nachteile von sensorischen Substitutionsgeräten (SSDs):

• SSDs ersetzen das Sehen (durch taktile oder akustische Informationen), sie stellen es nicht wieder her;
• Die begrenzte Auflösung von SSDs erlaubt keine detaillierte Zielanalyse, dh es wird sehr schwierig sein, den Unterschied zwischen einer Gabel und einem Messer zu erkennen;
• Stattdessen kann es im Alltag viel effektiver sein , sich auf etablierte Bewältigungsmechanismen zu verlassen und an ihren gewohnten Routinen festzuhalten. Zum Beispiel wird ihnen durch einfaches Berühren der Gabel oder des Löffels sofort der Unterschied deutlich, während das Scannen mit einer SSD ewig dauert (dh SSDs sind nicht sehr praktisch);
• Auch die eingeschränkte Auflösung moderner SSDs hilft wenig bei der Orientierung und Mobilität (O&M). Mit anderen Worten, es hilft Blinden nicht, sich fortzubewegen. Stattdessen sind etablierte Methoden wie Blindenführstock und Blindenführhund für O&M weitaus effektiver ;
• Das Erlernen der effektiven Verwendung einer SSD nimmt viel Zeit in Anspruch . Nicht viele Menschen sind bereit, sich einem anstrengenden Rehabilitationsprogramm zu unterziehen ;
• Im Falle des BrainPort – es ist für die Außenwelt sehr gut sichtbar und nicht sehr diskret , wenn eine blinde Person es benutzt. Es ist bekannt, dass 29 % der Verbraucher mit Behinderungen die Verwendung von Hilfsgeräten aus Gründen, die nichts mit der Geräteleistung zu tun haben, aufgeben ( Phillips und Zhao, 1993 ).

^Referenzen
<sub>- Bach-y-Rita 1969. Nature 221:963-4
- Bach-y-Rita 2003. JHCI 15 :285-95
- Philips & Zhao 1993. Assistive technology 5 :36-45
- Sadato 2002. Neuroimage 16 :389 -400</sub>

Chris gab eine hervorragende Antwort für visuell-taktile sensorische Substitutionsgeräte. Ich werde nicht darüber streiten, inwieweit sensorische Substitution erfolgreich ist, aber das am weitesten verbreitete sensorische Substitutionssystem für Blinde ist heutzutage The vOICe , eine Klasse von visuell-zu-auditiven sensorischen Substitutionsgeräten, die weltweit verfügbar sind. Die Android-Version wurde in den letzten Jahren über eine Viertelmillion Mal installiert, und es gibt eine Reihe neuerer, von Experten begutachteter wissenschaftlicher Veröffentlichungen , die auf der Verwendung der Microsoft Windows-Version basieren und verschiedene Aspekte der Plastizität des Gehirns abdecken. Kommende Augmented-Reality-Brillen dürften den Bedienkomfort verbessern. Aber ja, wie Chris sagte, das Erlernen der effektiven Verwendung einer SSD braucht viel Zeit.

Tadoma ist eine Kommunikationsmethode, die von einigen taubblinden Personen verwendet wird. Das System wurde vor 1967 entwickelt und ist älter als TVSS, obwohl keine Hardware beteiligt ist. Ich denke, dieses Video zeigt, inwieweit der Ansatz erfolgreich ist und daher nicht durch die Plastizität des Gehirns eingeschränkt wird. Tadoma ist in Ungnade gefallen, weil es schwierig zu lernen und zu lehren ist. Es wurden einige Forschungen zu vibrotaktilen Hörgeräten durchgeführt und einige davon sind im Handel erhältlich .