Koppling av sinne och maskin
När man förlorar bruket av en lem kan till och med de enklaste dagliga uppgifterna bli en utmaning. Högteknologiska apparater kan hjälpa till att återställa självständigheten. Ny teknik gör det till och med möjligt att ansluta sinnet till en konstgjord lem. Dessa konstgjorda lemmar kallas bioniska proteserAnordningar som ersätter en kroppsdel.
”För att få tillbaka en del av den förlorade funktionen behöver man någon form av hjälpmedel eller teknik som antingen förbättrar återhämtningen eller återställer förmågan hos den anatomi som saknas nu”, säger dr. Nick Langhals, som övervakar NIH-stödd forskning om protesteknik.
Denna snabba forskning syftar till att förbättra människors liv genom att återställa både rörelse och känsla.
Proteskontroll
Traditionella proteser använder en kroppsdriven sele för att styra en handapparat. Dessa är lätta att använda. Med en axelryckning öppnas den protesiska handen eller kroken. När du släpper axeln stängs protesen. Genom känslan av kabelns spänning över dina axlar vet du om protesen är öppen eller stängd utan att titta på den.
Nyare, motoriserade händer är inte lika lätta att lära sig använda. För att stänga apparaten drar du ihop de återstående musklerna i armen. En elektrisk sensor som placeras över dessa muskler känner av sammandragningen och säger åt handen att stänga. Eftersom de ursprungliga musklerna som styrde handen är borta måste de kvarvarande musklerna tränas om. Att lära sig att öppna och stänga en handprotes på det här sättet tar lite tid. Och du måste fortfarande titta på apparaten för att veta vad den gör.
För att göra motoriserade händer mer intuitiva att använda utvecklar forskarna metoder för att upptäcka de elektriska signalerna i hjärnan och nervernaSpeciella vävnader som överför signaler mellan hjärnan och andra delar av kroppen. för att hjälpa till att styra avancerade bioniska proteser. Detta kan göras på många olika sätt, t.ex. genom att implantera små sensorer i de delar av hjärnan som styr rörelsen eller genom att fästa små elektroderVerktyg som används för att föra elektricitet till eller från olika delar av kroppen. på de amputerade nerverna. Oavsett vilket så tänker patienterna helt enkelt på att röra sin hand och datorerna översätter det till rörelserna i en bionisk handprotes.
Tvåvägskommunikation
För att återfå en känsla av helhet måste en person med en bionisk lem göra mer än att styra anordningen. De måste också ”känna” vad den gör. Nya bioniska anordningar kan skicka känslor från anordningen tillbaka till hjärnan. Detta gör att en person med en bionisk anordning kan känna att han eller hon använder sin egen lem.
”Det viktigaste med den forskning vi bedriver är denna känsla av helhet”, säger dr Paul Marasco, forskare inom biomedicinsk teknik vid Cleveland Clinic.
Ett sätt att hjälpa en person att känna sin handprotes är att flytta de återstående känselnerverna från den amputerade handen till huden på överarmen. Man kan sedan använda små robotar för att trycka på huden på överarmen när handen rör vid något.
Marascos team utarbetade ett liknande system för att återställa känslan av rörelse också. Den bioniska handen skickar signaler till ett datoriserat kontrollsystem utanför kroppen. Datorn säger sedan till en liten robot som bärs på armen att skicka vibrationer till armmuskeln. Dessa vibrationer djupt inne i muskeln skapar en illusion av rörelse som talar om för hjärnan när handen stängs eller öppnas.
Marascos team testade detta återkopplingssystem med flera personer som hade en handprotes. Deltagarna i studien kunde använda den bioniska handen och veta vilken position den befann sig i lika bra som med sin naturliga hand. Med detta återkopplingssystem behövde de inte titta på den bioniska handen för att veta när den var öppen eller stängd, eller när den sträckte sig efter ett föremål.
”Vi lurar deras hjärnor att tro att protesen faktiskt är en del av deras kropp”, säger Marasco. Detta framsteg kopplar direkt till hur hjärnan känner av rörelser, vilket bidrar till att förbättra tvåvägskommunikationen mellan protesen och hjärnan.
Robotar som kan bäras
Forskningsteam försöker också hjälpa människor som har förlorat användningen av sina ben. Genom att bära en robotanordning som kallas exoskelett har vissa personer med benförlamning kunnat återfå förmågan att gå.
En grupp som leds av dr Thomas Bulea, biomedicinsk ingenjör vid NIH Clinical Center, har skapat ett bärbart exoskelett för barn med cerebral pares. Cerebral pares är en hjärnsjukdom som gör det svårt att stå rakt, balansera och gå. Det motoriserade, robottekniska exoskelettet förändrar barnens sätt att gå genom att hjälpa dem att räta ut sina knän vid viktiga punkter under gångcykeln. Exoskelettet kan göra det lättare att gå, men barnen måste kunna navigera åtminstone små avstånd på egen hand för att kunna använda det.
”Det ultimata målet är egentligen att en person ska kunna bära detta utanför vårt labb, eller till och med utanför den kliniska miljön”, förklarar Bulea. ”För att göra det måste man ha ett riktigt robust kontrollsystem som ser till att roboten beter sig korrekt i alla olika typer av miljöer.”
Teamet håller nu på att skriva mjukvara så att robotenheten kan bäras samtidigt som den navigerar genom ojämnheter i terrängen och andra förhållanden i den verkliga världen.
Finnande av rätt enhet
”Vad jag försöker betona för människor är att det finns många potentiella verktyg och tekniker som står till vårt förfogande för att försöka göra människor bättre, och de bör utforska dem och överväga att ta till sig dem”, säger Langhals.
Många typer av proteser är nu under utveckling. Om du vill hitta en klinisk studie för att hjälpa till att testa en sådan kan du söka på clinicaltrials.gov, en databas med både NIH-stödda och andra studier runt om i världen.
Om du är intresserad av att delta i en studie bör du prata med din läkare om eventuella risker och fördelar. Se rutan Fråga din läkare för frågor att ställa.
