Connecting Mind and Machine
Gdy traci się władzę w kończynach, nawet najprostsze codzienne czynności mogą stać się wyzwaniem. Zaawansowane technologicznie urządzenia mogą pomóc przywrócić niezależność. Nowe technologie umożliwiają nawet połączenie umysłu ze sztuczną kończyną. Te sztuczne kończyny nazywane są bionicznymi protezamiUrządzenia, które zastępują część ciała…
„Aby odzyskać część utraconych funkcji, potrzebne jest pewnego rodzaju narzędzie wspomagające lub technologia, która wzmocni powrót do zdrowia lub przywróci możliwości anatomii, której teraz brakuje” – mówi dr. Nick Langhals, który nadzoruje badania inżynierii protetycznej wspierane przez NIH.
Te szybko rozwijające się badania mają na celu poprawę życia ludzi poprzez przywrócenie zarówno ruchu, jak i czucia.
Kontrola protetyczna
Tradycyjne urządzenia protetyczne wykorzystują uprząż zasilaną przez ciało do sterowania urządzeniem ręcznym. Są one łatwe w użyciu. Wzruszenie ramion powoduje otwarcie ręki protetycznej lub haka. Zwalniając ramię, proteza zamyka się. Poprzez wyczucie napięcia kabla na ramionach, wiesz czy proteza jest otwarta czy zamknięta bez patrzenia na nią.
Najnowsze, zmotoryzowane ręce nie są tak łatwe do nauczenia się jak ich używać. Aby zamknąć urządzenie, należy skurczyć pozostałe mięśnie ramienia. Czujnik elektryczny umieszczony nad tymi mięśniami wykrywa skurcz i mówi ręce, aby się zamknęła. Ponieważ pierwotne mięśnie, które kontrolowały rękę, zniknęły, pozostałe mięśnie muszą być ponownie wyćwiczone. Nauka otwierania i zamykania protezy ręki w ten sposób zajmuje trochę czasu. I nadal trzeba obserwować urządzenie, aby wiedzieć, co robi.
Aby zmotoryzowane ręce były bardziej intuicyjne w użyciu, naukowcy opracowują sposoby wykrywania sygnałów elektrycznych w mózgu i nerwachSpecjalne tkanki, które przenoszą sygnały między mózgiem a innymi częściami ciała. aby pomóc w sterowaniu zaawansowaną bioniczną protetyką. Można to zrobić na wiele sposobów, np. wszczepiając maleńkie czujniki w te części mózgu, które kontrolują ruch, lub przyczepiając małe elektrodyNarzędzia, które służą do przenoszenia energii elektrycznej do lub z różnych części ciała. do amputowanych nerwów. Tak czy inaczej, pacjenci po prostu myślą o poruszaniu ręką, a komputery przekładają to na ruchy bionicznej protezy ręki.
Komunikacja dwukierunkowa
Aby odzyskać poczucie pełni, osoba z bioniczną kończyną musi robić więcej niż tylko kontrolować urządzenie. Musi również „czuć”, co ono robi. Nowe urządzenia bioniczne mogą przesyłać wrażenia z urządzenia z powrotem do mózgu. Pozwala to osobie z urządzeniem bionicznym czuć się tak, jakby używała własnej kończyny.
„Najważniejszą rzeczą w badaniach, które prowadzimy, jest to poczucie całości”, mówi dr Paul Marasco, badacz inżynierii biomedycznej w Cleveland Clinic.
Jednym ze sposobów, aby pomóc osobie czuć swoją protetyczną rękę, jest przeniesienie pozostałych nerwów czuciowych z amputowanej ręki do skóry górnej części ramienia. Można wtedy użyć małych robotów, które naciskają na skórę ramienia, gdy ręka czegoś dotyka.
Zespół Marasco opracował podobny system, aby przywrócić również czucie ruchu. Bioniczna ręka wysyła sygnały do skomputeryzowanego systemu sterowania poza ciałem. Komputer następnie mówi małemu robotowi noszonemu na ramieniu, aby wysyłał wibracje do mięśni ramienia. Te wibracje głęboko w mięśniu tworzą iluzję ruchu, która mówi mózgowi, kiedy ręka się zamyka lub otwiera.
Zespół Marasco przetestował ten system informacji zwrotnej z kilkoma osobami, które miały protezę ręki. Uczestnicy badania byli w stanie obsługiwać bioniczną rękę i wiedzieć, w jakiej pozycji się znajduje, tak samo dobrze jak w przypadku ich naturalnej ręki. Dzięki systemowi sprzężenia zwrotnego nie musieli patrzeć na bioniczną rękę, aby wiedzieć, kiedy jest ona otwarta lub zamknięta, lub kiedy sięgają po przedmiot.
„Oszukujemy ich mózgi, aby uwierzyli, że proteza jest w rzeczywistości częścią ich ciała” – mówi Marasco. Postęp ten bezpośrednio wpływa na sposób, w jaki mózg odczuwa ruch, co pomaga poprawić dwukierunkową komunikację między protezą a umysłem.
Nośne roboty
Zespoły badawcze próbują również pomóc ludziom, którzy stracili władzę w nogach. Nosząc urządzenie robotyczne zwane egzoszkieletem, niektóre osoby z paraliżem nóg są w stanie odzyskać zdolność chodzenia.
Grupa kierowana przez dr Thomasa Bulea, inżyniera biomedycznego z Centrum Klinicznego NIH, stworzyła egzoszkielet do noszenia dla dzieci z porażeniem mózgowym. Mózgowe porażenie dziecięce jest zaburzeniem mózgu, które utrudnia proste stanie, utrzymanie równowagi i chodzenie. Zmotoryzowany, zrobotyzowany egzoszkielet zmienia sposób, w jaki dzieci chodzą, pomagając im wyprostować kolana w kluczowych momentach cyklu chodzenia. Chociaż egzoszkielet może ułatwić chodzenie, dzieci muszą być w stanie samodzielnie pokonywać niewielkie odległości, aby móc z niego korzystać.
„Ostatecznym celem jest, aby osoba mogła go nosić poza naszym laboratorium, a nawet poza kliniką” – wyjaśnia Bulea. „Aby to zrobić, trzeba mieć naprawdę solidny system kontroli, który upewni się, że robot zachowuje się prawidłowo we wszystkich rodzajach środowisk.”
Zespół pisze teraz oprogramowanie, aby robot mógł być noszony podczas nawigacji po wybojach terenu i w innych rzeczywistych warunkach.
Znalezienie odpowiedniego urządzenia
„Staram się podkreślać, że do naszej dyspozycji jest wiele potencjalnych narzędzi i technologii, dzięki którym ludzie mogą czuć się lepiej, a oni powinni je zbadać i rozważyć ich zastosowanie” – mówi Langhals.
Współcześnie opracowywanych jest wiele rodzajów protez. Jeśli chcesz znaleźć badanie kliniczne, które pomoże przetestować jeden z nich, możesz poszukać go w clinicaltrials.gov, bazie danych zarówno badań wspieranych przez NIH, jak i innych badań na całym świecie.
Jeśli jesteś zainteresowany udziałem w badaniu, porozmawiaj ze swoim lekarzem o możliwym ryzyku i korzyściach. Pytania, które należy zadać, znajdują się w ramce Zapytaj swojego lekarza.
