Ingeniører udvikler bionisk arm, der genskaber naturlige adfærdsmønstre hos patienter

Forskere på Cleveland Clinic har udviklet en ny bionisk arm, der genskaber naturlige adfærdsmønstre hos patienter med amputationer af over ekstremiteter. Teknologien er af en ny type, og forskningen er offentliggjort i Science Robotics.

Det internationale forskningsteam kombinerede tre vigtige funktioner i den bioniske system: intuitiv motorstyring, berøring og gripkinæsi. Den sidste af de tre er fornemmelsen af at åbne og lukke hånden.

Teamet, der blev ledet af Cleveland Clinic, omfattede også forskere fra University of Alberta og University of New Brunswick.

Paul Marasco, Ph.D, er leder af undersøgelsen og adjunktprofessor på Cleveland Clinic Lerner Research Institutes afdeling for biomedicinsk ingeniørvidenskab.

“Vi har modificeret en standard-protese med dette komplekse bioniske system, der giver brugerne mulighed for at flytte deres protese-arm mere intuitivt og føle berørings- og bevægelsesfornemmelse på samme tid,” sagde Dr. Marasco. “Disse resultater er et vigtigt skridt på vejen mod at give mennesker med amputationer fuld genskabelse af naturlig armfunktion.”

Det bioniske system

Det nyligt udviklede system er det første, der tester alle tre sanser og motorfunktioner på én gang i en neural-maskin-grænseflade i en protese-arm. Den neurale-maskin-grænseflade kan forbinde sig med brugerens nervesystem, og den giver patienterne mulighed for at sende nerveimpulser fra hjernen til protesen. De kan også modtage fysisk information fra omgivelserne, som kan sendes tilbage til deres hjerner via deres nervesystem.

Den kunstige arm har to-vejs feedback og kontrol, og det er dette, der giver brugerne mulighed for at udføre visse opgaver på niveau med ikke-handicappede personer.

Dr. Marasco leder Laboratoriet for bionisk integration.

“Måske var det, vi var mest begejstrede for at lære, at de traf beslutninger, beregnede og korrigerede for deres fejl som en person uden amputation,” sagde Dr. Marasco. “Med den nye bioniske lem, opførte mennesker sig som havde en naturlig hånd. Normalt er disse hjernemønstre meget forskellige mellem mennesker med og uden over ekstremitets-proteser.”

Test af den bioniske arm

Den bioniske arm blev testet på to studie-deltagere med amputationer af over ekstremiteter. Personerne havde tidligere undergået målrettede sanselige og motoriske reinnervation, der omdirigerer amputerede nerver til resterende hud og muskler for at etablere en neural-maskin-grænseflade.

Forskerne må nu udvide arbejdet, da studiestørrelsen var så lille.

Deltagerne bar den avancerede protese, mens de udførte opgaver, der afspejlede grundlæggende adfærdsmønstre eller krævede hånd- og armfunktion. Forskerne vurderede derefter præstationen gennem avancerede evalueringssystemer og fandt, at deltagernes hjernemønstre og adfærdsmønstre ændrede sig. De var derefter på niveau med dem hos en person uden amputation.

Deltagerne kunne udføre adfærd uden at skulle se på protesen, og de kunne mere effektivt korrigere for fejl.

“I løbet af det sidste årti eller to har fremskridt i proteser hjulpet brugere til at opnå bedre funktionalitet og selvstændigt klare sig i dagligdagen,” sagde Dr. Marasco. “For første gang er mennesker med amputationer af over ekstremiteter nu i stand til at ‘tænke’ som en person uden handicap, hvilket kan give protese-brugere nye niveauer af ubemærket genintegration i daglig liv.”