211service.com
Een prothetische arm die zich gedraagt als een echte
Een nieuwe techniek die profiteert van de resterende zenuwen, stelt geamputeerden in staat om hun prothetische ledemaat intuïtief te besturen, waardoor ze een veel betere controle hebben dan traditionele protheses.
Een nieuw type robotarm reageert op dezelfde neurale signalen als een menselijke arm, waardoor de drager beter behendig is.
In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in de lancet , beschreven wetenschappers van het Rehabilitation Institute of Chicago een procedure om zenuwen operatief te transplanteren van de schouder naar de bovenborstspier van een vrouw die haar arm had verloren bij een motorongeluk. De omgeleide zenuwen groeiden toen in de spier, die de berichten versterkte die ooit naar de spieren in de arm en hand werden gestuurd; die signalen worden gelezen door sensoren op het prothetische ledemaat en vertaald in beweging. De patiënt ontwikkelde ook een verrassende mate van zintuiglijke waarneming in de borstkas, wat volgens wetenschappers de sleutel zal zijn in de volgende generatie protheses.
Het is bemoedigend om te zien dat zelfs na een amputatie dezelfde intentie om het ledemaat te bewegen kan worden gebruikt om een prothetisch ledemaat te besturen op vrijwel dezelfde manier als het ledemaat eerder werd gecontroleerd, zegt Leigh Hochberg , een neuroloog in het Massachusetts General Hospital, in Boston, die een commentaar bij het papier schreef.
De meeste kunstarmen worden bestuurd door de resterende spieren in de buurt van het geamputeerde ledemaat. Maar de apparaten kunnen frustrerend en traag zijn: de gebruiker moet die spieren bewust samentrekken om een beweging te activeren, en er kan slechts één beweging tegelijk worden uitgevoerd. Todd Kuiken en collega's van het Rehabilitation Institute of Chicago ontwikkelden een nieuwe, meer intuïtieve methode voor het besturen van protheses die profiteert van de resterende zenuwen, die nog steeds neurale signalen dragen die bedoeld zijn voor het verloren ledemaat.
De wetenschappers transplanteerden naar de bovenste borstkas zowel motorische als sensorische zenuwen die, voorafgaand aan de amputatie, van de schouder naar de spieren in de arm en hand zouden zijn gereisd. In de maanden na de operatie groeiden de getransplanteerde zenuwen in de borstspier en veroorzaakten uiteindelijk spiertrekkingen in de schouderspier wanneer de patiënte dacht aan het verplaatsen van haar hand of elleboog. Wetenschappers brachten vervolgens het precieze patroon van spieractiviteit in kaart dat optrad toen de patiënt mentaal specifieke bewegingen uitvoerde, zoals het grijpen of bewegen van de elleboog. Liberating Technologies, een bedrijf in prothetische apparaten, maakte vervolgens een gespecialiseerd prothetisch ledemaat, dat was geprogrammeerd om spieractiviteit te detecteren die door de getransplanteerde zenuwen wordt gegenereerd en deze te gebruiken om de beweging van een gemotoriseerde elleboog, pols en hand te regelen.
De patiënte kon haar nieuwe arm binnen een paar dagen gebruiken en werd bij bewegingstesten vier keer zo snel als met haar traditionele prothese. Ze meldde dat het nieuwe apparaat veel gemakkelijker en natuurlijker in gebruik was en dat ze de hand, pols en elleboog tegelijkertijd kon bewegen. Dit is een echt innovatieve benadering en heeft het potentieel om de controle te verbeteren die mensen die deze myo-elektrische prothesen hebben, hebben, zegt Robert Kirsch , associate director van het Functional Electrical Stimulation Center in het Louis Stokes Veterans Affairs Medical Center, in Cleveland.
Een van de meest opwindende bevindingen was misschien wel het verrassend verfijnde zintuiglijke vermogen dat de patiënte in haar borst ontwikkelde. (De patiënt die in het artikel wordt beschreven, was de derde die de zenuwtransplantatie onderging, maar bij haar werden naast de motorische zenuwen ook sensorische zenuwen getransplanteerd.) Toen het gebied werd aangeraakt, had ze het gevoel alsof haar ontbrekende hand was getransplanteerd. aangeraakt, en uiteindelijk kreeg ze een zwak gevoel van haar middelvinger bij aanraking op een bepaald deel van haar borst.
Wetenschappers zeggen dat dit zintuiglijke vermogen een belangrijke stap is voor de volgende generatie prothetische ledematen. Sensoren of haptische technologie kunnen in de vingers van een robotarm worden geplaatst en signalen naar de borstkas sturen, zodat de patiënt de sensatie van het prothetische ledemaat kan voelen. Dit zou de sensorische feedback geven - die niet aanwezig is in standaardprotheses - waarmee we een piepschuimkoffiekop kunnen vastpakken zonder deze te verpletteren of een kop soep neer te zetten als deze te heet is. In plaats van commando's uit te voeren als een robot, kan het zelfs aanvoelen als een deel van het lichaam, zegt Kirsch.
Andere wetenschappers ontwikkelen nu soortgelijke implanteerbare apparaten, die mogelijk een fijner controleniveau mogelijk maken. Kirsch ontwikkelt bijvoorbeeld een apparaat dat in de spier wordt geïmplanteerd om spieractiviteit direct te detecteren en de activiteitssignalen vervolgens draadloos naar een prothese te verzenden, een benadering die volgens hem een stabielere input voor het robotledemaat zal bieden.
Richard Normann , een neurowetenschapper aan de Universiteit van Utah, die pionier is geweest in de ontwikkeling van kleine elektrode-arrays die geavanceerde neurale signalen kunnen opnemen, werkt aan een apparaat dat, wanneer het op de zenuw wordt geïmplanteerd, signalen van individuele axonen in de zenuwvezel kan opnemen, waardoor een meer genuanceerde reeks stuursignalen. Hij hoopt over ongeveer twee jaar een werkende versie te hebben om te testen bij enkele van Kuikens patiënten. Het is niet onredelijk om te geloven dat een geamputeerde een arm kan hebben die hij zal gaan geloven en gebruiken als een bestaande arm, zegt Normann. Het is natuurlijk niet de realiteit van vandaag, maar het is geen fantasie meer.