Insinöörit kehittivät bionisen käden, joka palauttaa potilaiden luonnolliset käyttäytymismallit

Clevelandin klinikan tutkijat ovat kehittäneet uuden bionisen käden, joka palauttaa yläraajan amputaatiopotilaiden luonnolliset käyttäytymismallit. Teknologia on ensimmäinen laatuaan, ja tutkimus on julkaistu Science Robotics-julkaisussa.

Kansainvälinen tutkijaryhmä yhdisti bioniseen järjestelmään kolme tärkeää toimintoa: intuitiivisen liikkeenhallinnan, tuntoaistin ja otteiden kinestesian. Kolmas näistä on käden avaamisen ja sulkemisen tunne.

Tutkijaryhmään, jota johti Clevelandin klinika, kuului myös tutkijoita Albertan yliopistosta ja New Brunswickin yliopistosta.

Paul Marasco, Ph.D, on tutkimuksen johtaja ja apulaisprofessori Clevelandin klinikan Lernerin tutkimusinstituutin biomekaniikan osastolla.

“Muokkasimme standardin mukaisen proteesin tämän monimutkaisen bionisen järjestelmän avulla, joka mahdollistaa käyttäjilleen proteesikäsivarren liikuttamisen intuitiivisemmin ja tuntoaistin ja liikkeen tuntemisen samanaikaisesti”, sanoi Dr. Marasco. “Nämä tulokset ovat tärkeä askel kohti sitä, että ihmiset, joilla on amputaatio, voivat saavuttaa täydellisen luonnollisen käsivarteen toiminnan palauttamisen.”

Bioninen järjestelmä

Uusi järjestelmä on ensimmäinen, joka testaa kaikki kolme aistitoimintoa ja liikkeenohjausta yhtä aikaa hermo-kone rajapinnassa proteesikädessä. Hermo-kone rajapinta pystyy yhdistämään käyttäjän raajan hermoihin, ja se mahdollistaa potilaiden lähettämisen hermoimpulsseja aivoista proteesiin. He voivat myös vastaanottaa fyysistä tietoa ympäristöstä, joka voidaan lähettää takaisin heidän aivoihinsa hermojen kautta.

Tekoarmilla on kaksisuuntainen palaute ja ohjaus, ja tämä mahdollistaa käyttäjilleen tiettyjen tehtävien suorittamisen samalla tasolla kuin terveillä henkilöillä.

Dr. Marasco johtaa Bionisen integraation laboratoriota.

“Ehkä se, mitä olimme kaikkein eniten innoissamme oppia, oli se, että he tekivät arvioita, päätöksiä ja laskivat ja korjasivat virheitään kuin henkilö ilman amputaatiota”, sanoi Dr. Marasco. “Uuden bionisen raajan kanssa ihmiset käyttäytyivät kuin heillä olisi luonnollinen käsi. Yleensä nämä aivokäyttäytymismallit ovat hyvin erilaisia ihmisten välillä, joilla on ja joilla ei ole yläraajan proteeseja.”

Bionisen käden testaaminen

Bionista kättä testattiin kahdella tutkimusosallistujalla, joilla oli yläraajan amputaatio. Osallistujat olivat aikaisemmin käyneet läpi kohdennetun sensorisen ja moottorisen uudelleenhermottamisen, joka ohjaa amputoidut hermot jäljelle jääneisiin ihoon ja lihaksiin hermo-kone rajapinnan perustamiseksi.

Tutkijoiden on nyt laajennettava työtä, koska tutkimuksen koko oli niin pieni.

Osallistujat käyttivät edistynyttä proteesia suorittaessaan tehtäviä, jotka heijastivat perus käyttäytymismalleja tai vaativat käsien ja käsien toimintaa. Tutkijat arvioivat suorituskykyä edistyneiden arviointityökalujen avulla ja totesivat, että osallistujien aivotoiminta ja käyttäytymisstrategiat muuttuivat. He olivat sitten samalla tasolla kuin henkilö ilman amputaatiota.

Osallistujat pystyivät suorittamaan käyttäytymismalleja ilman, että heidän tarvitsi tarkkailla proteesia, ja he pystyivät korjaamaan virheitä tehokkaammin.

“Viimeisen kymmenen tai kahdenkymmenen vuoden aikana edistysaskeleet proteeseissa ovat auttaneet käyttäjiä saavuttamaan paremman toimintakyvyn ja hallitsemaan päivittäistä elämäänsä omin avuin”, sanoi Dr. Marasco. “Ensimmäistä kertaa ihmiset, joilla on yläraajan amputaatio, voivat jälleen ‘ajatella’ kuin terve henkilö, mikä tarjoaa proteesikäyttäjille uudet tasot vaivattomasta uudelleensulautumisesta päivittäiseen elämään.”