Rakkaus proteeseissa

Liskot voivat uusiutua pyrstönsä menettämisen jälkeen ja raput voivat uusiutua jalkojensa menettämisen jälkeen, mutta verrattuna näihin näennäisesti "alkukantaisiin" eläimiin, ihmiset ovat menettäneet paljon kykyään uusiutua evoluution aikana. Aikuisten kyky uudistaa raajat on lähes olematon, lukuun ottamatta vauvoja, jotka saattavat uusiutua sormenpäänsä menettämisen jälkeen. Tämän seurauksena niiden elämänlaatu, jotka menettävät raajat onnettomuuden tai sairauden vuoksi, voivat heikentyä suuresti, ja biologisen korvaamisen löytäminen on ollut lääkäreille tärkeä vaihtoehto amputoitujen elämän parantamiseksi.

Jo muinaisessa Egyptissä on ollut kirjaa tekoraajoista. Conan Doylen "Neljän merkissä" on myös kuvaus murhaajasta, joka käyttää proteeseja tappaakseen ihmisiä.

Tällaiset proteesit tarjoavat kuitenkin yksinkertaista tukea, mutta ne eivät todennäköisesti paranna merkittävästi amputoidun elämänkokemusta. Hyvän proteesin tulee pystyä lähettämään signaaleja molempiin suuntiin: toisaalta potilas voi hallita proteesia itsenäisesti; Toisaalta proteettisen raajan pitäisi pystyä lähettämään tuntemuksia potilaan aivojen sensoriseen aivokuoreen, aivan kuten luonnollisen hermoja sisältävän raajan, joka antaa heille kosketuksen tunteen.

Aiemmat tutkimukset ovat keskittyneet aivokoodien purkamiseen, jotta koehenkilöt (apinat ja ihmiset) voivat ohjata robottikäsiä mielellään. Mutta on myös tärkeää antaa proteesille tunne. Näennäisesti yksinkertainen prosessi, kuten tarttuminen, sisältää monimutkaista palautetta, kun säädämme alitajuisesti sormiemme voimaa sen mukaan, miltä kätemme tuntuu, jotta emme luiskahda asioita pois tai purista niitä liian lujasti. Aikaisemmin käsiproteesipotilaiden piti luottaa silmiinsä määrittääkseen esineiden lujuuden. Vaatii paljon huomiota ja energiaa tehdä asioita, joita voimme tehdä lennossa, mutta silloinkin ne usein rikkovat asioita.

Vuonna 2011 Duke University suoritti sarjan kokeita apinoilla. He saivat apinoita käyttämään mieliään manipuloidakseen virtuaalisia robottikäsivarsia tarttuakseen eri materiaaleista valmistettuihin esineisiin. Virtuaalinen käsivarsi lähetti erilaisia ​​signaaleja apinan aivoihin, kun se kohtasi erilaisia ​​materiaaleja. Harjoittelun jälkeen apinat pystyivät poimimaan oikein tietyn materiaalin ja saamaan ruokapalkkion. Tämä ei ole pelkästään alustava osoitus mahdollisuudesta antaa proteeseille tuntoaisti, vaan se viittaa myös siihen, että apinat voivat integroida proteesiaivojen lähettämät tuntosignaalit aivojen proteesille lähettämiin motorisiin ohjaussignaaleihin, mikä tarjoaa täyden valikoima palautetta kosketuksesta aistimiseen käsivarren valinnan ohjaamiseksi tunteen perusteella.

Vaikka koe oli hyvä, se oli puhtaasti neurobiologinen, eikä se sisältänyt varsinaista proteettista raajaa. Ja tehdäksesi sen, sinun on yhdistettävä neurobiologia ja sähkötekniikka. Tämän vuoden tammi- ja helmikuussa kaksi sveitsiläistä ja yhdysvaltalaista yliopistoa julkaisi itsenäisesti artikkeleita käyttämällä samaa menetelmää aistinvaraisten proteesien kiinnittämiseksi kokeellisiin potilaisiin.

Helmikuussa Sveitsin Lausannessa sijaitsevan Ecole Polytechniquen ja muiden laitosten tutkijat raportoivat tutkimuksestaan ​​Science Translational Medicine -lehdessä julkaistussa artikkelissa. He antoivat 36-vuotiaalle aiheelle, Dennis Aabo S? Rensen, jossa on 20 aistikohtaa robottikädessä, jotka tuottavat erilaisia ​​aistimuksia.

Koko prosessi on monimutkainen. Ensin Rooman Gimili-sairaalan lääkärit istuttivat elektrodit Sorensenin kahteen käsivarren hermoon, mediaani- ja kyynärluun hermoon. Kyynärluuhermo ohjaa pikkusormea, kun taas keskihermo hallitsee etusormea ​​ja peukaloa. Kun elektrodit oli istutettu, lääkärit stimuloivat keinotekoisesti Sorensenin keski- ja ulnaarisia hermoja antaen hänelle jotain, mitä hän ei ollut tuntenut pitkään aikaan: hän tunsi puuttuvan kätensä liikkuvan. Mikä tarkoittaa, ettei Sorensenin hermostossa ole mitään vikaa.

Lausannen Ecol Polytechniquen tutkijat kiinnittivät sitten robottikäteen antureita, jotka pystyivät lähettämään sähköisiä signaaleja olosuhteiden, kuten paineen, perusteella. Lopuksi tutkijat liittivät robottikäsivarren Sorensenin katkaistuun käteen. Robottikäden anturit syrjäyttävät aistihermosolut ihmisen kädessä, ja hermoihin asennetut elektrodit korvaavat kadonneessa kädessä sähköisiä signaaleja välittävät hermot.

Laitteen asennuksen ja virheenkorjauksen jälkeen tutkijat suorittivat sarjan testejä. Muiden häiriötekijöiden estämiseksi he sidoivat Sorensenin silmät, peittivät hänen korvansa ja antoivat hänen koskettaa vain robottikädellä. He havaitsivat, että Sorensen ei vain pystynyt arvioimaan koskemiensa esineiden kovuutta ja muotoa, vaan myös erottamaan erilaisia ​​materiaaleja, kuten puuesineitä ja kangasta. Lisäksi manipulaattori ja Sorensenin aivot ovat hyvin koordinoituja ja reagoivia. Joten hän voi nopeasti säätää voimaansa, kun hän poimii jotain ja pitää sen vakaana. "Se yllätti minut, koska YHTÄkkiä saatoin tuntea jotain, MITÄ en ollut tuntenut viimeisiin yhdeksään vuoteen", Sorensen sanoi Lausannen Ecole Polytechniquen toimittamassa videossa. "Kun liikutin kättäni, tunsin mitä olin tekemässä sen sijaan, että olisin katsonut mitä olin tekemässä."

Samanlainen tutkimus tehtiin Case Western Reserve -yliopistossa Yhdysvalloissa. Heidän aiheensa oli Igor Spetic, 48, Madisonista Ohiosta. Hän menetti oikean kätensä, kun vasara putosi hänen päälleen valmistaessaan alumiiniosia suihkumoottoreille.

Case Western Reserve -yliopiston tutkijoiden käyttämä tekniikka on suunnilleen sama kuin ECOLE Polytechniquessa Lausannessa, yhdellä tärkeällä erolla. Lausannen Ecole Polytechniquessa käytetyt elektrodit lävistivät Sorensenin käsivarren neuronit aksoniin; Case Western Reserve Universityn elektrodit eivät tunkeudu neuroniin, vaan ympäröivät sen pintaa. Edellinen saattaa tuottaa tarkempia signaaleja ja antaa potilaille monimutkaisempia ja vivahteikkaampia tunteita.

Mutta niin tekeminen voi aiheuttaa riskejä sekä elektrodeille että hermosoluille. Jotkut tutkijat pelkäävät, että invasiiviset elektrodit voivat aiheuttaa kroonisia sivuvaikutuksia hermosoluissa ja että elektrodit olisivat vähemmän kestäviä. Molempien laitosten tutkijat ovat kuitenkin varmoja, että he voivat voittaa lähestymistapansa heikkoudet. Spiderdick tuottaa myös melko tarkan erottelun hiekkapaperista, puuvillapalloista ja hiuksista. Lausannen Ecole Polytechniquen tutkijat sanoivat kuitenkin olevansa varmoja invasiivisen elektrodinsa kestävyydestä ja vakaudesta, joka kesti 9-12 kuukautta rotilla.

Silti on liian aikaista tuoda tätä tutkimusta markkinoille. Kestävyyden ja turvallisuuden lisäksi sensorisen proteesin mukavuus ei vielä riitä. Sorenson ja Specdick jäivät laboratorioon proteesien asentamisen ajaksi. Heidän kätensä, joissa on paljon johtoja ja laitteita, eivät näytä yhtään tieteiskirjallisuuden bionisista raajoista. Lausannen Ecole Polytechniquen professori Silvestro Micera, joka työskenteli tutkimuksen parissa, sanoi, että kestäisi useita vuosia, ennen kuin ensimmäiset aistinvaraiset proteesit, jotka näyttävät aivan normaaleilta, voisivat lähteä laboratoriosta.

"Olen innoissani nähdessäni, mitä he tekevät. Toivon, että se auttaa muita. Tiedän, että tiede kestää kauan. Jos en voi käyttää sitä nyt, mutta seuraava henkilö voi, se on hienoa."

news

Postitusaika: 14.8.2021