Ingenieurs creëren bionische arm die natuurlijk gedrag herstelt bij patiënten

Onderzoekers van de Cleveland Clinic hebben een nieuwe bionische arm ontwikkeld die natuurlijk gedrag herstelt bij patiënten met bovenste ledemaam-amputaties. De technologie is uniek en het onderzoek is gepubliceerd in Science Robotics.

Het internationale onderzoeksteam combineerde drie belangrijke functies in het bionische systeem: intuïtieve motorcontrole, aanraking en gripkinesthetiek. De laatste van de drie is het gevoel van openen en sluiten van de hand.

Het team, dat werd geleid door de Cleveland Clinic, omvatte ook onderzoekers van de University of Alberta en de University of New Brunswick.

Paul Marasco, Ph.D, is de hoofdonderzoeker en associate professor in het Department of Biomedical Engineering van het Cleveland Clinic Lerner Research Institute.

“We hebben een standaardprothese aangepast met dit complexe bionische systeem, waardoor dragers hun prothese-arm meer intuïtief kunnen bewegen en tegelijkertijd gevoelens van aanraking en beweging kunnen ervaren,” zei Dr. Marasco. “Deze resultaten zijn een belangrijke stap naar het bieden van mensen met amputaties van een complete restauratie van het natuurlijke armfunctie.”

Het Bionische Systeem

Het nieuw ontwikkelde systeem is het eerste dat alle drie zintuiglijke en motorische functies tegelijk test in een neurale-machine-interface in een prothese-arm. De neurale-machine-interface kan verbinding maken met de zenuwen van de drager, en het ermöglicht patiënten om zenuwimpulsen van de hersenen naar de prothese te sturen. Ze kunnen ook fysieke informatie van de omgeving ontvangen, die naar hun hersenen kan worden gestuurd via hun zenuwen.

De kunstmatige arm heeft tweerichtingsfeedback en controle, en dit maakt het mogelijk voor dragers om bepaalde taken uit te voeren die gelijkwaardig zijn aan die van niet-gehándicapte personen.

Dr. Marasco leidt het Laboratory for Bionic Integration.

“Misschien waren we het meest enthousiast over het feit dat ze oordelen, beslissingen namen en berekenden en corrigeerden voor hun fouten zoals een persoon zonder amputatie,” zei Dr. Marasco. “Met de nieuwe bionische ledemaat gedroegen mensen zich alsof ze een natuurlijke hand hadden. Normaal gesproken zijn deze hersengedragingen zeer verschillend tussen mensen met en zonder bovenste ledemaam-prothesen.”

Testen van de Bionische Arm

De bionische arm werd getest op twee studie-deelnemers met bovenste ledemaam-amputaties. De personen hadden eerder doelgerichte sensorische en motorische reinnervatie ondergaan, waardoor de zenuwen van de amputatie werden omgeleid naar het resterende huid- en spierweefsel om een neurale-machine-interface te vestigen.

De onderzoekers moeten nu hun werk uitbreiden, aangezien de studiegrootte zo klein was.

De deelnemers droegen de geavanceerde prothese terwijl ze taken uitvoerden die basisgedragingen weerspiegelden, of die hand- en armfunctionaliteit vereisten. De onderzoekers beoordeelden vervolgens de prestaties met geavanceerde evaluatie-instrumenten en vonden dat de hersen- en gedragsstrategieën van de deelnemers veranderden. Ze waren toen gelijkwaardig aan die van een persoon zonder amputatie.

De deelnemers konden gedragingen uitvoeren zonder dat ze de prothese hoefden te kijken, en ze konden effectiever fouten corrigeren.

“In de afgelopen tien of twintig jaar hebben vooruitgangen in prothesen dragers geholpen om betere functionaliteit te bereiken en dagelijks leven zelfstandig te beheren,” zei Dr. Marasco. “Voor het eerst zijn mensen met bovenste ledemaam-amputaties nu in staat om weer te ‘denken’ als een valide persoon, wat prothesedragers nieuwe niveaus van naadloze reintegratie in het dagelijks leven kan bieden.”