Inženýři vytvořili bionický rámec, který obnovuje přirozené chování u pacientů

Výzkumníci z Cleveland Clinic vytvořili nový bionický rámec, který obnovuje přirozené chování u pacientů s amputacemi horních končetin. Tato technologie je první svého druhu a výzkum byl zveřejněn v Science Robotics.

Mezinárodní výzkumný tým kombinoval tři důležité funkce v bionickém systému: intuitivní motorický kontrol, dotyk a kinestéza. Poslední z těchto tří je pocit otevírání a zavírání ruky.

Tým, který vedl Cleveland Clinic, zahrnoval také výzkumníky z University of Alberta a University of New Brunswick.

Paul Marasco, Ph.D, je hlavní výzkumník a asociativní profesor v Cleveland Clinic Lerner Research Institute’s Department of Biomedical Engineering.

“Modifikovali jsme standardní péči o protézu s tímto komplexním bionickým systémem, který umožňuje nositelům pohybovat se svou protézou více intuitivně a cítit dotyk a pohyb ve stejnou dobu,” řekl Dr. Marasco. “Tyto výsledky jsou důležitým krokem směrem k poskytování lidí s amputacemi kompletní obnovy přirozené funkce paže.”

Bionický systém

Nově vyvinutý systém je první, který testuje všechny tři senzorické a motorické funkce najednou v neuronálním rozhraní v protéze. Neuronální rozhraní je schopné se připojit k nervům končetin nositele a umožňuje pacientům posílat nervové impulzy z mozku do protézy. Mohou také přijímat fyzické informace z prostředí, které mohou být odeslány zpět do jejich mozku prostřednictvím jejich nervů.

Umělá ruka má oboustrannou zpětnou vazbu a kontrolu, a to je to, co umožňuje nositelům provádět bestimmé úkoly na stejné úrovni jako lidé bez postižení.

Dr. Marasco vede Laboratoř pro bionickou integraci.

“Možná jsme byli nejvíce nadšeni, když jsme se dozvěděli, že pacienti dělali soudy, rozhodnutí a vypočítávali a opravovali své chyby jako člověk bez amputace,” řekl Dr. Marasco. “S novou bionickou končetinou se lidé chovali, jako by měli přirozenou ruku. Obvykle jsou tyto mozkové chování velmi odlišné mezi lidmi s a bez horních končetinových protéz.”

Testování bionického ramene

Bionické rameno bylo testováno na dvou účastnících studie s amputacemi horních končetin. Jedinci dříve podstoupili cílenou senzorickou a motorickou reinnervaci, která přesměrovala amputované nervy na zbývající kůži a svaly, aby vytvořila neuronální rozhraní.

Výzkumníci nyní musí rozšířit svou práci, protože velikost studie byla tak malá.

Účastníci nosili pokročilou protézu, zatímco prováděli úkoly, které odrážely základní chování, nebo ty, které vyžadují funkci ruky a paže. Výzkumníci pak vyhodnotili výkon pomocí pokročilých nástrojů pro hodnocení a zjistili, že strategie mozkové a behaviorální účastníků se změnily. Byly pak na stejné úrovni jako ty u člověka bez amputace.

Účastníci mohli provádět chování bez toho, aby museli sledovat protézu, a mohli více účinně opravovat chyby.

“Za poslední desetiletí nebo dvě pomohly pokroky v protetice nositelům dosáhnout lepší funkčnosti a zvládnout denní život sami,” řekl Dr. Marasco. “Poprvé jsou lidé s amputacemi horních končetin nyní schopni opět ‘myslet’ jako člověk bez postižení, což nabízí nositelům protéz nové úrovně bezproblémové reintegrace do denního života.”