„Inteligentne” protezy nóg mogą pomóc osobom po amputacji osiągnąć naturalny chód, ale nie dają użytkownikowi pełnej kontroli neuronowej nad kończyną. Zamiast tego polegają na czujnikach robotycznych i kontrolerach, które poruszają kończyną za pomocą ustalonych algorytmów chodu. Badaczom z MIR udało się jednak połączyć protezę z układem nerwowym pacjenta.
Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) we współpracy ze sepcjalistami z Brigham and Women’s Hospital wykazali, że wśród pacjentów po amputacji nogi jest możliwy do osiągnięcia “naturalny chód” przy użyciu protezy nogi w pełni napędzanej przez własny układ nerwowy organizmu.
W badaniu przeprowadzonym z udziałem siedmiu pacjentów, którzy przeszli eksperymentalną operację, zespół MIT odkrył, że wszyscy pacjenci byli w stanie chodzić szybciej, omijać przeszkody i wchodzić po schodach znacznie bardziej naturalnie niż osoby po tradycyjnej amputacji kończyny.
– To pierwsze w historii badanie protetyczne, które pokazuje protezę nogi przy pełnej modulacji neuronowej, gdzie pojawia się biomimetyczny chód. Nikt nie był w stanie pokazać takiego poziomu kontroli mózgu, gdzie ludzki układ nerwowy kontroluje ruch, a nie algorytm sterowania robota – komentuje doniesienia prof. Hugh Herr, Centrum Bioniczne MIT, współautor badania.
Pacjenci odczuwali również mniejszy ból i mniejszy zanik mięśni po operacji, która jest znana jako The Agonist-antagonist Myoneural Interface (AMI- interfejs mięśniowo-nerwowy agonisty-antagonisty). Do tej pory około 60 pacjentów na całym świecie przeszło ten rodzaj operacji. Operacja ta może również zostać wykonana u osób z amputacjami ramion.
Połączenie protezy z mózgiem
Większość ruchów kończyn jest kontrolowana przez pary mięśni, które na zmianę rozciągają się i kurczą. Podczas tradycyjnej amputacji poniżej kolana interakcje tych sparowanych mięśni są zaburzone. To bardzo utrudnia układowi nerwowemu zebranie informacji sensorycznej, czyli wyczucia położenia mięśnia czy szybkości jego kurczenia. To kluczowy dla mózgu sygnał jak poruszać kończyną.
Z tego też powodu osoby po tego typu amputacji mogą mieć problemy z kontrolowaniem protezy kończyny. Zamiast na informacji sensorycznej polegają na kontrolerach wbudowanych w protezę kończyny. Niektóre zawierają również czujniki, które mogą wykrywać i dostosowywać się do otoczenia.
Rozwiązać ten problem od kilku lat próbowali badacze z MIT opracowując procedurę operacyjną AMI. Zamiast przerywać naturalne interakcje mięśni, lekarze łączą dwa końce mięśni, tak aby nadal dynamicznie komunikowały się ze sobą w obrębie kończyny resztkowej. Operację tę można wykonać podczas pierwotnej amputacji lub mięśnie można ponownie połączyć po pierwotnej amputacji jako część procedury rewizyjnej.
W badaniu z 2021 r . naukowcy z MIT odkryli , że pacjenci, którzy przeszli taką operację, byli w stanie precyzyjniej kontrolować mięśnie amputowanej kończyny, a mięśnie te wytwarzały sygnały elektryczne podobne do tych z kończyny nieuszkodzonej. Po tych zachęcających wynikach naukowcy postanowili zbadać, czy te sygnały elektryczne mogą generować polecenia dla protezy kończyny i jednocześnie przekazywać użytkownikowi informacje zwrotne o położeniu kończyny w przestrzeni. W najnowszym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature Medicine zespół MIT wykazał, że to sprzężenie zwrotne sensoryczne rzeczywiście przekłada się na płynną, niemal naturalną zdolność chodzenia i pokonywania przeszkód.
Pacjenci chodzą szybciej i bardziej “naturalnie”
W ramach najnowszego badania porównano siedem osób, które przeszły operację AMI, z siedmioma osobami, które przeszły tradycyjną amputację poniżej kolana. Wszyscy badani używali tego samego typu bionicznej kończyny: bioniczną protezę ręki wyposażoną w sygnału rejestratorów EMG z mięśnia piszczelowego przedniego mięśnia brzuchatego łydki. Sygnały te są przesyłane do kontrolera robota, który pomaga protezie obliczyć, jak mocno zgiąć kostkę, jaki moment obrotowy zastosować lub jaką moc do protezy należy dostarczyć.
W ramach testu badani sprawdzani byli w różnych sytuacjach: chodzenie po płaskim terenie, chodzenie pod górę, chodzenie po rampie, chodzenie po schodach w górę i w dół oraz chodzenie po płaskiej powierzchni z omijaniem przeszkód.
We wszystkich tych zadaniach osoby z neuroprotezą AMI były w stanie chodzić szybciej – mniej więcej w tym samym tempie co osoby bez amputacji – i łatwiej omijać przeszkody.
Pacjenci po zabiegu AMI wykazywali również bardziej naturalne ruchy, takie jak wznoszenie palców u stóp protezy podczas wchodzenia po schodach lub przechodzenia przez przeszkodę, a także byli w stanie lepiej koordynować ruchy swojej protetycznej kończyny i nieuszkodzonej kończyny. Osoby z neuroprotezą były również w stanie odpychać się od podłoża z taką samą siłą jak osoba bez amputacji.
– W przypadku kohorty AMI widzieliśmy pojawienie się naturalnych zachowań biomimetycznych. Kohorta, która nie miała przeprowadzonego zabiegu AMI, była w stanie chodzić, ale ruchy protetyczne nie były naturalne oraz były wolniejsze w ogóle – komentuje wyniki badania prof. Hugh Herr.
Te naturalne zachowania ujawniły się, mimo że ilość bodźców sensorycznych dostarczanych przez AMI stanowiła mniej niż 20 procent tego, co normalnie otrzymuje osoba bez amputacji.
– Jednym z głównych odkryć jest to, że niewielki wzrost sprzężenia zwrotnego neuronów z amputowanej kończyny może przywrócić znaczną bioniczną kontrolę neuronalną, do punktu, w którym ludzie mogą bezpośrednio kontrolować prędkość chodzenia za pomocą neuronów, dostosowywać się do różnych warunków terenowych i unikać przeszkód – mówi prof. Hyungeun Song, główny autor badania.
-Problem z tym długoterminowym podejściem polega na tym, że użytkownik nigdy nie poczuje się ucieleśniony w swojej protezie. Nigdy nie będzie postrzegał protezy jako części swojego ciała, części siebie – podkreśla prof. Hugh Herr
– To co robimy to podjęcie próby kompleksowego połączenia mózgu człowieka z elektromechaniką – dodaje prof. Herr.
Zgłoś naruszenie/Błąd
Pozytywnie
Neutralnie 
Negatywnie
Lubię to!
Super
Ekscytujący 
Ciekawy
Smieszny
Smutny
Wściekły
Przerażony
Szokujący
Wzruszający
Rozczarowany
Zaskoczony
Prawda
Manipulacja
Fake news
Oryginalne źródło ZOBACZ
Dodaj kanał RSS
Musisz być zalogowanym aby zaproponować nowy kanal RSS