Connecting Mind and Machine
Wanneer je het gebruik van een ledemaat verliest, kunnen zelfs de eenvoudigste dagelijkse taken een uitdaging worden. High-tech apparaten kunnen helpen de onafhankelijkheid te herstellen. Nieuwe technologieën maken het zelfs mogelijk de geest te verbinden met een kunstledemaat. Deze kunstledematen worden bionische prothesen genoemd – apparaten die een lichaamsdeel vervangen. “Om iets van die verloren functie terug te krijgen, heb je een soort hulpmiddel of technologie nodig om het herstel te bevorderen of het vermogen te herstellen van de anatomie die nu ontbreekt,” zegt dr. Nick Langhals, die toezicht houdt op NIH-ondersteund onderzoek naar prothetische techniek.
Dit zich snel ontwikkelende onderzoek is erop gericht het leven van mensen te verbeteren door zowel beweging als gevoel te herstellen.
Prothetische controle
Traditionele prothetische apparaten maken gebruik van een door het lichaam aangedreven harnas om een handapparaat te bedienen. Deze zijn gemakkelijk te gebruiken. Als u uw schouder ophaalt, gaat de prothesehand of -haak open. Met het loslaten van uw schouder, sluit de prothese. Door de spanning van de kabel over uw schouders te voelen, weet u of de prothese open of gesloten is zonder ernaar te kijken.
Nieuwere, gemotoriseerde handen zijn niet zo gemakkelijk te leren gebruiken. Om het apparaat te sluiten, trekt u de resterende spieren in uw arm aan. Een elektrische sensor over die spieren detecteert de contractie en vertelt de hand te sluiten. Aangezien de oorspronkelijke spieren die de hand aanstuurden verdwenen zijn, moeten de overblijvende spieren opnieuw worden getraind. Het kost enige tijd om op deze manier te leren hoe een prothesehand moet worden geopend en gesloten. En je moet nog steeds naar het apparaat kijken om te weten wat het doet.
Om gemotoriseerde handen intuïtiever in het gebruik te maken, ontwikkelen onderzoekers manieren om de elektrische signalen in je hersenen en zenuwen te detecterenSpeciale weefsels die signalen vervoeren tussen je hersenen en andere delen van je lichaam. om geavanceerde bionische protheses te helpen besturen. Dit kan op verschillende manieren gebeuren, bijvoorbeeld door kleine sensoren te implanteren in de delen van de hersenen die de beweging regelen of door kleine elektroden aan de geamputeerde zenuwen te bevestigen die worden gebruikt om elektriciteit van of naar verschillende delen van het lichaam te transporteren. In beide gevallen denken de patiënten gewoon aan het bewegen van hun hand en computers vertalen dit in de bewegingen van een bionische prothesehand.
Tweewegcommunicatie
Om een gevoel van heelheid terug te krijgen, moet een persoon met een bionisch ledemaat meer doen dan het apparaat bedienen. Ze moeten ook “voelen” wat het doet. Nieuwe bionische apparaten kunnen het gevoel van het apparaat terugsturen naar de hersenen. Hierdoor kan iemand met een bionisch apparaat het gevoel hebben dat hij zijn eigen ledemaat gebruikt.
“Het belangrijkste van het onderzoek dat we doen is dit gevoel van heelheid,” zegt Dr. Paul Marasco, een biomedisch ingenieur onderzoeker aan de Cleveland Clinic.
Eén manier om iemand te helpen zijn prothetische hand te voelen is door de overgebleven gevoelszenuwen van de geamputeerde hand naar de huid van de bovenarm te verplaatsen. Je kunt dan kleine robotjes gebruiken om op de huid van de bovenarm te drukken als de hand iets aanraakt.
Marasco’s team bedacht een soortgelijk systeem om ook het gevoel van beweging te herstellen. De bionische hand zendt signalen naar een gecomputeriseerd controlesysteem buiten het lichaam. De computer vertelt dan een kleine robot die op de arm wordt gedragen om trillingen naar de armspier te sturen. Deze trillingen diep in de spier creëren een illusie van beweging die de hersenen vertelt wanneer de hand sluit of opent.
Marasco’s team testte dit feedbacksysteem met verschillende mensen die een handprothese hadden. De deelnemers aan de studie konden de bionische hand bedienen en wisten net zo goed in welke positie deze zich bevond als met hun natuurlijke hand. Met dit feedbacksysteem hoefden ze niet naar de bionische hand te kijken om te weten wanneer deze open of gesloten was, of wanneer deze naar een voorwerp reikte.
“We misleiden hun hersenen door hen te laten geloven dat de prothese eigenlijk deel uitmaakt van hun lichaam,” zegt Marasco. Deze vooruitgang boort direct de manier aan waarop de hersenen beweging waarnemen, wat helpt de tweerichtingscommunicatie tussen prothese en geest te verbeteren.
Draagbare Robots
Onderzoeksteams proberen ook mensen te helpen die het gebruik van hun benen hebben verloren. Door het dragen van een robotachtig apparaat genaamd een exoskelet, zijn sommige mensen met beenverlamming in staat geweest om het vermogen om te lopen te herwinnen.
Een groep onder leiding van Dr. Thomas Bulea, een biomedisch ingenieur aan het NIH Clinical Center, creëerde een draagbaar exoskelet voor kinderen met cerebrale parese. Cerebrale parese is een hersenaandoening die het moeilijk maakt rechtop te staan, te balanceren en te lopen. Het gemotoriseerde, robotachtige exoskelet verandert de manier waarop de kinderen lopen door hen te helpen hun knieën recht te zetten op belangrijke punten tijdens de loopcyclus. Hoewel het exoskelet het lopen kan vergemakkelijken, moeten kinderen in staat zijn om ten minste kleine afstanden zelfstandig te navigeren om het te gebruiken.
“Het uiteindelijke doel is echt om een persoon dit buiten ons lab te laten dragen, of zelfs buiten de klinische setting,” legt Bulea uit. “Om dat te doen moet je een echt robuust besturingssysteem hebben dat ervoor zorgt dat de robot zich goed gedraagt in alle verschillende soorten omgevingen.”
Het team is nu software aan het schrijven zodat het robotapparaat kan worden gedragen terwijl het navigeert over hobbels in het terrein en andere omstandigheden in de echte wereld.
Het juiste apparaat vinden
“Wat ik probeer te benadrukken aan mensen is dat er veel potentiële hulpmiddelen en technologieën tot onze beschikking staan om te proberen mensen beter te maken, en ze moeten ze onderzoeken en overwegen ze te omarmen,” zegt Langhals.
Vele soorten prothetische apparaten zijn nu in ontwikkeling. Als u een klinische studie wilt vinden om er een te helpen testen, kunt u er een zoeken in clinicaltrials.gov, een database van zowel door NIH ondersteunde als andere studies over de hele wereld.
Als u geïnteresseerd bent in deelname aan een studie, praat dan met uw arts over de mogelijke risico’s en voordelen. Zie het kader Ask Your Doctor voor vragen die u kunt stellen.
