Ljubav u protetici

Gušteri se mogu regenerirati nakon gubitka repa, a rakovi se mogu regenerirati nakon što izgube noge, ali u usporedbi s ovim naizgled "primitivnim" životinjama, ljudi su tijekom evolucije izgubili puno sposobnosti regeneracije. Sposobnost regeneracije udova kod odraslih je gotovo nikakva, s izuzetkom beba koje se mogu regenerirati kada izgube vrhove prstiju. Kao rezultat toga, kvaliteta života onih koji su izgubili udove zbog nesreće ili bolesti može biti uvelike pogođena, a pronalaženje biološke zamjene bila je važna opcija za liječnike kako bi poboljšali živote amputiranih.

Još u starom Egiptu postoje zapisi o umjetnim udovima. U Conan Doyleovom "Znaku četvorice" postoji i opis ubojice koji koristi protetske udove kako bi ubio ljude.

Takva protetika, međutim, pruža jednostavnu potporu, ali je malo vjerojatno da će značajno poboljšati životno iskustvo amputiranog. Dobra protetika trebala bi moći slati signale u oba smjera: s jedne strane, pacijent može autonomno kontrolirati protetiku; S druge strane, protetski ud bi trebao biti sposoban slati osjete u senzorni korteks pacijentovog mozga, baš kao i prirodni ud s živcima, dajući im osjećaj dodira.

Prethodne studije bile su usredotočene na dekodiranje moždanih kodova kako bi se subjektima (majmunima i ljudima) omogućilo da svojim umom kontroliraju robotske ruke. Ali također je važno dati protetiku osjećaj. Naizgled jednostavan proces kao što je hvatanje uključuje složenu povratnu informaciju, jer podsvjesno prilagođavamo snagu naših prstiju prema osjećaju naših ruku, kako ne bismo skliznuli stvari ili ih prečvrsto stisnuli. Prije su se pacijenti s protetskim rukama morali oslanjati na svoje oči kako bi odredili snagu predmeta. Potrebno je puno pažnje i energije da se rade stvari koje možemo raditi u hodu, ali čak i tada često pokvare stvari.

Sveučilište Duke je 2011. provelo niz eksperimenata na majmunima. Natjerali su majmune da koriste svoj um za manipulaciju virtualnim robotskim rukama kako bi uhvatili predmete od različitih materijala. Virtualna ruka slala je različite signale u mozak majmuna kada bi naišao na različite materijale. Nakon treninga, majmuni su mogli ispravno odabrati određeni materijal i dobiti nagradu za hranu. Ne samo da je ovo preliminarna demonstracija mogućnosti pružanja protetici osjećaja dodira, već također sugerira da majmuni mogu integrirati taktilne signale koje šalje mozak proteze sa signalima kontrole motora koje mozak šalje protezi, pružajući potpunu raspon povratnih informacija od dodira do osjeta za kontrolu odabira ruke na temelju osjeta.

Pokus je, iako dobar, bio čisto neurobiološki i nije uključivao stvarni protetski ud. A da biste to učinili, morate spojiti neurobiologiju i elektrotehniku. U siječnju i veljači ove godine dva su sveučilišta u Švicarskoj i Sjedinjenim Državama objavila radove neovisno koristeći istu metodu za pričvršćivanje senzorne protetike eksperimentalnim pacijentima.

U veljači su znanstvenici na Ecole Polytechnique u Lausannei u Švicarskoj i drugim institucijama izvijestili o svom istraživanju u članku objavljenom u Science Translational Medicine. Dali su 36-godišnjeg subjekta, Dennisa Aaboa S? Rensen, s 20 senzornih mjesta u robotskoj ruci koja proizvode različite osjete.

Cijeli proces je kompliciran. Prvo su liječnici u rimskoj bolnici Gimili ugradili elektrode u dva Sorensenova živca ruke, srednji i ulnarni živac. Ulnarni živac kontrolira mali prst, dok srednji živac kontrolira kažiprst i palac. Nakon ugradnje elektroda, liječnici su umjetno stimulirali Sorensenov središnji i ulnarni živac, dajući mu nešto što već dugo nije osjetio: osjetio je kako mu se ruka koja nedostaje. Što znači da nema ništa loše u Sorensenovom živčanom sustavu.

Znanstvenici na Ecol Polytechniqueu u Lausannei tada su na robotsku ruku pričvrstili senzore koji su mogli slati električne signale na temelju uvjeta kao što je pritisak. Konačno, istraživači su spojili robotsku ruku sa Sorensenovom odsječenom rukom. Senzori u robotskoj ruci zauzimaju mjesto senzornih neurona u ljudskoj ruci, a elektrode umetnute u živce zamjenjuju živce koji mogu prenositi električne signale u izgubljenoj ruci.

Nakon postavljanja i otklanjanja pogrešaka opreme, istraživači su proveli niz testova. Kako bi spriječili druge ometanja, Sorensenu su povezivali oči, pokrili mu uši i pustili ga da dodiruje samo robotskom rukom. Otkrili su da Sorensen ne samo da može procijeniti tvrdoću i oblik predmeta koje je dodirivao, već i razlikovati različite materijale, poput drvenih predmeta i tkanine. Štoviše, manipulator i Sorensenov mozak dobro su koordinirani i reagiraju. Tako može brzo prilagoditi svoju snagu kada nešto podigne i držati je mirno. "Iznenadilo me jer sam IZNENADA mogao osjetiti nešto što nisam osjetio zadnjih devet godina", rekao je Sorensen u videu koji je dostavila Ecole Polytechnique u Lausannei. – Kad sam pomaknuo ruku, mogao sam osjetiti što radim umjesto da gledam što radim.

Slična studija napravljena je na Sveučilištu Case Western Reserve u Sjedinjenim Državama. Njihov predmet bio je Igor Spetić (48) iz Madisona, Ohio. Izgubio je desnu ruku kada je na njega pao čekić prilikom izrade aluminijskih dijelova za mlazne motore.

Tehnika koju koriste istraživači Sveučilišta Case Western Reserve otprilike je ista kao tehnika korištena na ECOLE Polytechnique u Lausannei, s jednom važnom razlikom. Elektrode korištene na Ecole Polytechnique u Lausannei probile su neurone u Sorensenovoj ruci u akson; Elektrode na Sveučilištu Case Western Reserve ne prodiru u neuron, već okružuju njegovu površinu. Prvi mogu proizvesti preciznije signale, dajući pacijentima složenije i nijansirane osjećaje.

Ali to ima potencijalne rizike i za elektrode i za neurone. Neki znanstvenici se brinu da bi invazivne elektrode mogle uzrokovati kronične nuspojave na neurone i da bi elektrode bile manje izdržljive. Međutim, istraživači u obje institucije uvjereni su da mogu prevladati slabosti svog pristupa. Spiderdick također proizvodi prilično precizan osjećaj odvajanja od brusnog papira, kuglica vate i kose. Istraživači s Ecole Polytechnique u Lausannei, međutim, rekli su da su uvjereni u trajnost i stabilnost njihove invazivne elektrode, koja je trajala između devet i 12 mjeseci kod štakora.

Ipak, prerano je staviti ovo istraživanje na tržište. Osim trajnosti i sigurnosti, praktičnost senzorne protetike još uvijek nije dovoljna. Sorenson i Specdick ostali su u laboratoriju dok se postavljala protetika. Njihove ruke, s puno žica i naprava, nimalo ne nalikuju bioničkim udovima znanstvene fantastike. Silvestro Micera, profesor na Ecole Polytechnique u Lausannei koji je radio na studiji, rekao je da će proći nekoliko godina prije nego što bi prve senzorne proteze, koje izgledaju kao normalne, mogle napustiti laboratorij.

"Uzbuđen sam vidjeti što rade. Nadam se da će to pomoći drugima. Znam da znanost dugo traje. Ako je ne mogu koristiti sada, ali sljedeća osoba može, to je sjajno."

news

Vrijeme objave: 14. kolovoza 2021