Ljubezen v protetiki

Kuščarji se lahko regenerirajo po izgubi repa, raki pa se lahko regenerirajo po izgubi nog, toda v primerjavi s temi na videz "primitivnimi" živalmi so ljudje med evolucijo izgubili veliko sposobnosti regeneracije. Sposobnost regeneracije okončin pri odraslih je skoraj nična, z izjemo dojenčkov, ki se lahko regenerirajo, ko izgubijo konice prstov. Posledično je lahko zelo prizadeta kakovost življenja tistih, ki izgubijo okončine zaradi nesreče ali bolezni, iskanje biološkega nadomestka pa je bila za zdravnike pomembna možnost za izboljšanje življenja amputirancev.

Že v starem Egiptu so obstajali zapisi o umetnih okončinah. V "Znaku štirih" Conana Doyla je tudi opis morilca, ki uporablja protetične ude za ubijanje ljudi.

Takšna protetika pa nudi preprosto podporo, vendar verjetno ne bo bistveno izboljšala življenjske izkušnje amputiranega. Dobra protetika mora biti sposobna pošiljati signale v obe smeri: po eni strani lahko pacient avtonomno nadzoruje protetiko; Po drugi strani bi moral protetični ud biti sposoben pošiljati občutke v senzorično skorjo pacientovih možganov, tako kot naravni ud z živci, kar jim daje občutek za dotik.

Prejšnje študije so se osredotočile na dekodiranje možganskih kod, da bi subjektom (opice in ljudje) omogočili nadzor robotskih rok s svojim umom. Pomembno pa je tudi, da protetiki damo občutek. Na videz preprost postopek, kot je prijemanje, vključuje zapleteno povratno informacijo, saj podzavestno prilagajamo silo prstov glede na to, kako se počutijo naše roke, da stvari ne zdrsnemo ali jih premočno stisnemo. Prej so se morali bolniki z protetičnimi rokami zanašati na svoje oči, da bi določili moč predmetov. Potrebujemo veliko pozornosti in energije, da naredimo stvari, ki jih lahko naredimo sproti, a tudi takrat pogosto pokvarijo stvari.

Leta 2011 je univerza Duke izvedla vrsto poskusov na opicah. Opice so uporabile svoj um za manipulacijo virtualnih robotskih rok, da bi prijele predmete iz različnih materialov. Navidezna roka je opičjim možganom pošiljala različne signale, ko je naletela na različne materiale. Po treningu so opice lahko pravilno izbrale določen material in prejele nagrado za hrano. Ne samo, da je to predhodna predstavitev možnosti, da se protetika daje občutek za dotik, ampak tudi nakazuje, da lahko opice integrirajo taktilne signale, ki jih pošiljajo možgani proteze, s signali za nadzor motorja, ki jih možgani pošljejo protezi, kar zagotavlja popolno obseg povratnih informacij od dotika do občutka za nadzor izbire roke na podlagi občutka.

Čeprav je bil poskus dober, je bil izključno nevrobiološki in ni vključeval dejanskega protetičnega uda. In če želite to narediti, morate združiti nevrobiologijo in elektrotehniko. Januarja in februarja letos sta dve univerzi v Švici in Združenih državah Amerike neodvisno objavili prispevke z uporabo iste metode za pritrditev senzorične protetike eksperimentalnim pacientom.

Februarja so znanstveniki na Ecole Polytechnique v Lausanni v Švici in drugih institucijah poročali o svojih raziskavah v članku, objavljenem v Science Translational Medicine. Dali so 36-letnemu subjektu Dennisu Aabo S? Rensen, z 20 senzoričnimi mesti v robotski roki, ki proizvajajo različne občutke.

Celoten postopek je zapleten. Najprej so zdravniki v rimski bolnišnici Gimili implantirali elektrode v Sorensenova dva živca na roki, mediani in ulnarni živec. Ulnarni živec nadzoruje mezinec, srednji živec pa kazalec in palec. Po implantaciji elektrod so zdravniki Sorensenu umetno stimulirali srednji in ulnarni živce ter mu dali nekaj, česar že dolgo ni čutil: čutil je premikanje manjkajoče roke. Kar pomeni, da ni nič narobe s Sorensenovim živčnim sistemom.

Znanstveniki na Ecol Polytechnique v Lozani so nato na robotsko roko pritrdili senzorje, ki bi lahko pošiljali električne signale glede na pogoje, kot je tlak. Končno so raziskovalci povezali robotsko roko s Sorensenovo odrezano roko. Senzorji v robotski roki prevzamejo mesto senzoričnih nevronov v človeški roki, elektrode, vstavljene v živce, pa nadomestijo živce, ki lahko prenašajo električne signale v izgubljeni roki.

Po nastavitvi in ​​odpravljanju napak opreme so raziskovalci izvedli vrsto testov. Da bi preprečili druge motnje, so Sorensenu zavezali oči, mu pokrili ušesa in pustili, da se dotika le z robotsko roko. Ugotovili so, da Sorensen ne zna presojati le trdote in oblike predmetov, ki se jih je dotaknil, temveč tudi razlikovati med različnimi materiali, kot so leseni predmeti in tkanine. Še več, manipulator in Sorensenovi možgani so dobro usklajeni in odzivni. Tako lahko hitro prilagodi svojo moč, ko nekaj vzame v roke, in jo obdrži. "Presenetilo me je, ker sem NENADOM lahko začutil nekaj, česar nisem čutil zadnjih devet let," je dejal Sorensen v videu, ki ga je posredovala Ecole Polytechnique v Lozani. "Ko sem premaknil roko, sem lahko čutil, kaj počnem, namesto da bi gledal, kaj počnem."

Podobno študijo so opravili na univerzi Case Western Reserve v ZDA. Njihov predmet je bil 48-letni Igor Spetic iz Madisona v Ohiu. Pri izdelavi aluminijastih delov za reaktivne motorje je izgubil desno roko, ko je nanj padlo kladivo.

Tehnika, ki jo uporabljajo raziskovalci univerze Case Western Reserve, je približno enaka tehniki, ki se uporablja na ECOLE Polytechnique v Lozani, z eno pomembno razliko. Elektrode, ki so jih uporabljali na Ecole Polytechnique v Lausanni, so prebodli nevrone v Sorensenovi roki v akson; Elektrode na univerzi Case Western Reserve ne prodrejo v nevron, ampak namesto tega obkrožajo njegovo površino. Prvi lahko dajejo natančnejše signale, kar daje pacientom bolj zapletene in niansirane občutke.

Toda takšno početje ima potencialna tveganja tako za elektrode kot za nevrone. Nekateri znanstveniki so zaskrbljeni, da bi invazivne elektrode lahko povzročile kronične neželene učinke na nevrone in da bi bile elektrode manj obstojne. Vendar pa so raziskovalci v obeh institucijah prepričani, da lahko premagajo slabosti svojega pristopa. Spiderdick proizvaja tudi dokaj natančen občutek ločevanja od brusnega papirja, bombažnih kroglic in las. Raziskovalci na Ecole Polytechnique v Lozani pa so povedali, da so prepričani v vzdržljivost in stabilnost njihove invazivne elektrode, ki je pri podganah trajala od devet do 12 mesecev.

Kljub temu je še prezgodaj, da bi to raziskavo dali na trg. Poleg vzdržljivosti in varnosti je priročnost senzorične protetike še daleč od dovolj. Sorenson in Specdick sta ostala v laboratoriju, medtem ko so nameščali protetiko. Njihove roke, z veliko žic in pripomočkov, niso videti nič podobne bioničnim okončinam znanstvene fantastike. Silvestro Micera, profesor na Ecole Polytechnique v Lozani, ki je delal na študiji, je dejal, da bo minilo nekaj let, preden bodo prve senzorične protetike, ki so videti tako kot običajne, lahko zapustile laboratorij.

"Navdušen sem, da vidim, kaj počnejo. Upam, da bo pomagalo drugim. Vem, da znanost zahteva veliko časa. Če je ne morem uporabiti zdaj, toda naslednja oseba lahko, je to super."

news

Čas objave: 14. avgust 2021