Meilė protezuojant

Driežai gali atsinaujinti praradę uodegas, o krabai – netekę pėdų, tačiau, palyginti su šiais iš pažiūros „primityviais“ gyvūnais, žmonės evoliucijos eigoje prarado daug gebėjimo atsinaujinti. Suaugusiųjų gebėjimas atkurti galūnes yra beveik nulinis, išskyrus kūdikius, kurie gali atsinaujinti, kai netenka pirštų galiukų. Dėl to gali labai nukentėti tų, kurie netenka galūnių dėl nelaimingo atsitikimo ar ligos, gyvenimo kokybė, o biologinio pakaitalo radimas buvo svarbi galimybė gydytojams pagerinti amputuotų asmenų gyvenimą.

Dar senovės Egipte buvo įrašų apie dirbtines galūnes. Conano Doyle'o knygoje „Keturių ženklas“ taip pat aprašomas žudikas, kuris naudojo galūnių protezus žmonėms žudyti.

Tačiau toks protezavimas suteikia paprastą atramą, bet mažai tikėtina, kad žymiai pagerins amputuoto asmens gyvenimo patirtį. Geras protezavimas turi gebėti siųsti signalus į abi puses: viena vertus, pacientas gali savarankiškai valdyti protezavimą; Kita vertus, protezuota galūnė turėtų turėti galimybę siųsti pojūčius į jutiminę paciento smegenų žievę, kaip ir natūrali galūnė su nervais, suteikdama lytėjimo pojūtį.

Ankstesni tyrimai buvo skirti smegenų kodų dekodavimui, kad subjektai (beždžionės ir žmonės) galėtų valdyti robotų rankas savo protu. Tačiau taip pat svarbu suteikti protezui pojūtį. Iš pažiūros paprastas procesas, pavyzdžiui, sugriebimas, apima sudėtingą grįžtamąjį ryšį, nes nesąmoningai reguliuojame pirštų jėgą pagal tai, kaip jaučiasi mūsų rankos, kad nenuslystume ir per stipriai jų nesuspaustume. Anksčiau pacientai su protezuotomis rankomis turėjo pasikliauti akimis, kad nustatytų objektų stiprumą. Daug dėmesio ir energijos reikia daryti tai, ką galime padaryti skraidydami, tačiau net ir tada jie dažnai sulaužo dalykus.

2011 metais Duke'o universitetas atliko daugybę eksperimentų su beždžionėmis. Jie privertė beždžiones naudoti savo protą, kad manipuliuotų virtualiomis robotų rankomis, kad suimtų objektus iš skirtingų medžiagų. Virtuali ranka siuntė skirtingus signalus beždžionės smegenims, kai ji susidūrė su skirtingomis medžiagomis. Po treniruotės beždžionės galėjo teisingai pasirinkti tam tikrą medžiagą ir gauti maisto atlygį. Tai ne tik preliminarus galimybės protezavimui suteikti lytėjimo pojūtį, bet ir leidžia manyti, kad beždžionės gali integruoti protezuojančių smegenų siunčiamus lytėjimo signalus su smegenų siunčiamais motoriniais valdymo signalais į protezą, suteikdamos visapusišką grįžtamasis ryšys nuo prisilietimo iki jutimo, kad būtų galima valdyti rankos pasirinkimą pagal jutimą.

Eksperimentas, nors ir geras, buvo grynai neurobiologinis ir neapėmė tikrosios galūnės protezavimo. Norėdami tai padaryti, turite derinti neurobiologiją ir elektrotechniką. Šių metų sausį ir vasarį du Šveicarijos ir Jungtinių Amerikos Valstijų universitetai paskelbė straipsnius savarankiškai, naudodami tą patį metodą, skirtą sensoriniams protezams pritvirtinti eksperimentiniams pacientams.

Vasario mėn. Ecole Polytechnique Lozanoje (Šveicarija) ir kitų institucijų mokslininkai paskelbė savo tyrimus straipsnyje, paskelbtame Science Translational Medicine. Jie davė 36 metų tiriamajam Dennisui Aabo S? Rensenas, turintis 20 jutimo vietų roboto rankoje, kurios sukuria skirtingus pojūčius.

Visas procesas yra sudėtingas. Pirmiausia Romos Gimili ligoninės gydytojai implantavo elektrodus į Sorenseno dviejų rankų nervus – vidurinį ir alkūnkaulio nervus. Alkūnkaulio nervas valdo mažąjį pirštą, o vidurinis nervas – rodomąjį ir nykštį. Po to, kai buvo implantuoti elektrodai, gydytojai dirbtinai stimuliavo Sorenseno vidurinį ir alkūnkaulio nervus, suteikdami jam tai, ko jis seniai nejautė: pajuto, kaip juda trūkstama ranka. Tai reiškia, kad Sorenseno nervų sistemai nėra nieko blogo.

Tada Lozanoje esančios Ecol Polytechnique mokslininkai prie roboto rankos pritvirtino jutiklius, galinčius siųsti elektrinius signalus, pagrįstus tokiomis sąlygomis kaip slėgis. Galiausiai tyrėjai prijungė roboto ranką prie Sorenseno nupjautos rankos. Jutikliai robotinėje rankoje žmogaus rankoje užima jutimo neuronų vietą, o į nervus įkišti elektrodai pakeičia nervus, galinčius perduoti elektros signalus prarastoje rankoje.

Sukūrę ir suderinę įrangą, mokslininkai atliko daugybę bandymų. Kad išvengtų kitų dėmesio, jie Sorensenui užrišo akis, uždengė ausis ir leido liesti tik robotine ranka. Jie išsiaiškino, kad Sorensenas galėjo ne tik spręsti apie liestų objektų kietumą ir formą, bet ir atskirti įvairias medžiagas, tokias kaip mediniai daiktai ir audinys. Be to, manipuliatorius ir Sorenseno smegenys yra gerai koordinuoti ir reaguoja. Taigi, ką nors paėmęs, jis gali greitai pakoreguoti savo jėgą ir išlaikyti ją stabiliai. „Tai mane nustebino, nes staiga pajutau tai, ko nejaučiau pastaruosius devynerius metus“, – sakė Sorensenas vaizdo įraše, kurį pateikė „Ecole Polytechnique“ Lozanoje. „Kai pajudinau ranką, galėjau jausti, ką darau, o ne žiūrėti, ką darau“.

Panašus tyrimas buvo atliktas Case Western Reserve universitete JAV. Jų tiriamasis buvo 48 metų Igoris Speticas iš Madisono, Ohajo valstijos. Gaminant aliuminines dalis reaktyviniams varikliams, jis neteko dešinės rankos, kai ant jo užkrito plaktukas.

Case Western Reserve universiteto mokslininkų naudojama technika yra maždaug tokia pati kaip Lozanoje ECOLE Polytechnique naudojama technika, tačiau yra vienas svarbus skirtumas. Elektrodai, naudojami Ecole Polytechnique Lozanoje, pervėrė Sorenseno rankos neuronus į aksoną; Case Western Reserve universiteto elektrodai neprasiskverbia į neuroną, o supa jo paviršių. Pirmieji gali duoti tikslesnius signalus, suteikdami pacientams sudėtingesnius ir niuansesnius jausmus.

Tačiau tai gali sukelti pavojų tiek elektrodams, tiek neuronams. Kai kurie mokslininkai nerimauja, kad invaziniai elektrodai gali sukelti lėtinį šalutinį poveikį neuronams ir kad elektrodai būtų mažiau patvarūs. Tačiau abiejų institucijų mokslininkai yra įsitikinę, kad gali įveikti savo metodo trūkumus. „Spiderdick“ taip pat sukuria gana tikslų atskyrimo nuo švitrinio popieriaus, medvilnės kamuoliukų ir plaukų pojūtį. Tačiau Lozanos „Ecole Polytechnique“ mokslininkai teigė esantys įsitikinę savo invazinio elektrodo, kuris žiurkėms truko nuo devynių iki 12 mėnesių, patvarumu ir stabilumu.

Vis dėlto dar per anksti pateikti šį tyrimą rinkai. Be patvarumo ir saugumo, sensorinio protezavimo patogumo dar toli gražu nepakanka. Sorensonas ir Specdickas liko laboratorijoje, kol buvo montuojami protezai. Jų rankos su daugybe laidų ir prietaisų nepanašios į bionines mokslinės fantastikos galūnes. Lozanoje dirbęs Ecole Polytechnique profesorius Silvestro Micera sakė, kad praeis keleri metai, kol laboratoriją galės palikti pirmieji sensoriniai protezai, kurie atrodo kaip įprasti.

"Džiaugiuosi galėdamas pamatyti, ką jie daro. Tikiuosi, kad tai padės kitiems. Žinau, kad mokslas užtrunka ilgai. Jei aš negaliu tuo pasinaudoti dabar, bet kitas žmogus gali, tai puiku."

news

Paskelbimo laikas: 2021-08-14