211service.com
Een kunstmatige hand met echt gevoel
Een nieuwe zenuwinterface geeft een gevoel van aanraking aan een prothetische ledemaat. 18 februari 2014
Igor Spetic's hand was in een vuist toen deze drie jaar geleden door een smeedhamer werd afgehakt toen hij op zijn werk een aluminium jetonderdeel maakte. Maanden later voelde hij een fantoomledemaat nog steeds gebald en kloppend van pijn. Sommige dagen voelde het net als toen het gewond raakte, herinnert hij zich.
Igor Spetic verloor zijn hand bij een arbeidsongeval. Nu is hij een van de eersten die ooit realistische vingersensaties terugkrijgt dankzij zenuwinterfaces (hieronder) die in de arm zijn geïmplanteerd.
Al snel kreeg hij een prothese. Maar voor geamputeerden zoals Spetic zijn dit meer hulpmiddelen dan ledematen. Omdat de protheses geen sensaties kunnen overbrengen, kunnen mensen die ze dragen niet voelen wanneer ze iets hebben laten vallen of verpletterd hebben. Nu krijgt Spetic, 48, een deel van zijn gevoel terug via elektroden die zijn aangesloten op resterende zenuwen in zijn arm. Spetic is een van de twee mensen in een vroege rechtszaak die hem van zijn huis in Madison, Ohio, naar het Cleveland Veterans Affairs Medical Center brengt. In een kelderlab is zijn prothetische hand opgetuigd met krachtsensoren die zijn aangesloten op 20 draden die uit zijn rechterbovenarm steken. Deze leiden tot drie chirurgisch geïmplanteerde interfaces, zeven millimeter lang, met maar liefst acht elektroden per stuk ingekapseld in een polymeer, die drie grote zenuwen in Spetic's onderarm omringen.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van maart 2014
- Zie de rest van het probleem
- Abonneren
Op een tafel doet een onopvallende witte doos met op maat gemaakte elektronica een cruciale taak: het vertalen van informatie van de sensoren op de prothese van Spetic in een reeks elektrische pulsen die de interfaces kunnen vertalen in sensaties. Deze technologie is 20 jaar in de maak, zegt de leider van de proef, Dustin Tyler, een professor in biomedische technologie aan de Case Western Reserve University en een expert in neurale interfaces.
Links: om zijn sensorische feedback te evalueren, pakt hij blokken op die met magneten aan de tafel worden vastgehouden.
Rechts: Als het gevoel is hersteld, kan hij 93 procent van de tijd kersen oppakken en stelen verwijderen zonder te pletten, zelfs geblinddoekt.
In februari zaten de implantaten al meer dan anderhalf jaar op hun plaats en presteerden ze goed in tests. De groep van Tyler, voortbouwend op jarenlang neurowetenschappelijk onderzoek naar de signaalmechanismen die ten grondslag liggen aan sensatie, heeft een bibliotheek van patronen van elektrische pulsen ontwikkeld die naar de armzenuwen worden gestuurd, variërend in sterkte en timing. Spetic zegt dat deze verschillende stimuluspatronen duidelijke en realistische gevoelens produceren op 20 plekken op zijn prothetische hand en vingers. De sensaties zijn onder meer op een kogellager drukken, op de punt van een pen drukken, tegen een watje borstelen en schuurpapier aanraken, zegt hij. Een verrassende bijwerking: op de eerste testdag, zegt Spetic, voelde zijn fantoomvuist open aan en na enkele maanden was de fantoompijn voor 95 procent verdwenen.
Op deze dag staat Spetic voor een simpele uitdaging: kijken of hij een schuimblok kan voelen. Hij zet een blinddoek en een ruisonderdrukkende koptelefoon op (om er zeker van te zijn dat hij alleen op zijn tastzin vertrouwt), en dan houdt een postdoc het blok in zijn wijd open prothetische hand en tikt hem op de schouder. Spetic sluit zijn prothese - een taak die mogelijk wordt gemaakt door bestaande commerciële interfaces met resterende armspieren - en meldt het moment dat hij het blok aanraakt: succes.
Hoewel de resultaten veelbelovend zijn, is onderzoek met chirurgische implantaten tijdrovend. Het voltooien van de pilotstudie, het verfijnen van stimulatiemethoden en het lanceren van volledige klinische onderzoeken zal waarschijnlijk 10 jaar duren. Tyler voltooit ook de ontwikkeling van een implanteerbaar elektronisch apparaat om prikkels af te geven, dus dit is niet alleen op een bankje in een laboratorium, maar komt uiteindelijk thuis, zegt hij. En hij werkt samen met fabrikanten van prothesen om krachtsensoren en krachtverwerkingstechnologie rechtstreeks in toekomstige versies van de apparaten te integreren.
Links: controleboxen leveren signalen aan elektroden die de zenuwen in Spetic's arm omringen, waardoor aanrakingssensaties ontstaan.
Rechts: dit apparaat kan uiteindelijk in zijn arm worden geïmplanteerd, ter vervanging van laboratoriumapparatuur om signalen af te geven. Krachtsensoren en verwerkingstechnologie kunnen worden geïntegreerd in toekomstige prothetische apparaten.
Zenuwinterfaces worden in de arm geïmplanteerd.
Wanneer de tests voorbij zijn en de apparatuur is losgekoppeld, eindigt Spetic's zintuiglijke bezoek met zijn verloren hand abrupt. Hij zegt dat hij gezegend is deze mensen te kennen en hier deel van uit te maken. Maar hij kan het niet helpen om weemoedig na te denken over wat de toekomst zou kunnen brengen. Het zou fijn zijn om te weten dat ik een voorwerp kan oppakken zonder ernaar te hoeven kijken, of dat ik de hand van mijn vrouw kan vasthouden en over straat kan lopen, wetende dat ik haar vast heb, zegt hij, terwijl hij zijn jas aantrekt en begint weer thuis. Misschien helpt dit alles de volgende persoon.
Bekijk video: Het tastgevoel bij geamputeerden herstellen