Inżynierowie tworzą sztuczną rękę, która przywraca naturalne zachowania u pacjentów

Naukowcy z Cleveland Clinic opracowali nową sztuczną rękę, która przywraca naturalne zachowania u pacjentów z amputacjami kończyn górnych. Ta technologia jest pierwszą na świecie, a badania zostały opublikowane w Science Robotics.

Międzynarodowy zespół badawczy połączył trzy ważne funkcje w systemie sztucznej ręki: intuicyjną kontrolę ruchu, dotyk i kinestezję chwytu. Ostatnia z nich jest związana z odczuciem otwierania i zamykania dłoni.

Zespół, którym kierowała Cleveland Clinic, składał się również z naukowców z University of Alberta i University of New Brunswick.

Paul Marasco, Ph.D, jest głównym badaczem i associate profesorem w Cleveland Clinic Lerner Research Institute’s Department of Biomedical Engineering.

“Zmodyfikowaliśmy standardową protezę, dodając do niej złożony system sztucznej ręki, który umożliwia użytkownikom bardziej intuicyjne poruszanie się i odczuwanie wrażeń dotyku i ruchu w tym samym czasie”, powiedział dr Marasco. “Te wyniki są ważnym krokiem w kierunku przywrócenia ludziom z amputacjami pełnej funkcjonalności ramienia.”

System Sztucznej Ręki

Nowo opracowany system jest pierwszym, który testuje wszystkie trzy sensoryczne i ruchowe funkcje jednocześnie w interfejsie neuralnym w sztucznej ręce. Interfejs neuralny może połączyć się z nerwami kończyny użytkownika, umożliwiając pacjentom wysyłanie impulsów nerwowych z mózgu do protezy. Mogą również otrzymywać informacje fizyczne ze środowiska, które mogą być wysłane z powrotem do ich mózgu przez nerwy.

Sztuczna ręka ma dwukierunkową informację zwrotną i kontrolę, co umożliwia użytkownikom wykonywanie pewnych zadań na równi z osobami niepełnosprawnymi.

Dr Marasco kieruje Laboratorium dla Integracji Bioniki.

“Być może najbardziej byliśmy zainteresowani tym, że pacjenci podejmowali decyzje, wykonywali obliczenia i korygowali błędy jak osoba bez amputacji”, powiedział dr Marasco. “Z nową sztuczną kończyną ludzie zachowywali się jakby mieli naturalną rękę. Zwykle te zachowania mózgu są bardzo różne między osobami z i bez protez kończyn górnych.”

Testowanie Sztucznej Ręki

Sztuczna ręka została przetestowana na dwóch uczestnikach badania z amputacjami kończyn górnych. Osoby te wcześniej przeszły celowaną sensoryczną i ruchową reinnervację, która przekierowuje nerwy amputowane do pozostałej skóry i mięśni w celu ustanowienia interfejsu neuralnego.

Naukowcy muszą teraz rozwijać tę pracę, ponieważ rozmiar badania był tak mały.

Uczestnicy nosili zaawansowaną protezę podczas wykonywania zadań, które odzwierciedlały podstawowe zachowania lub te, które wymagają funkcjonalności ręki i ramienia. Następnie badacze ocenili wyniki za pomocą zaawansowanych narzędzi oceny i stwierdzili, że strategie behawioralne i mózgowe uczestników uległy zmianie. Były one wtedy porównywalne z tymi u osoby bez amputacji.

Uczestnicy byli w stanie wykonywać zachowania bez konieczności obserwowania protezy i mogli skuteczniej korygować błędy.

“W ciągu ostatnich dziesięciu lub dwudziestu lat postępy w dziedzinie protez pomogły użytkownikom osiągnąć lepszą funkcjonalność i zarządzać codziennym życiem samodzielnie”, powiedział dr Marasco. “Po raz pierwszy ludzie z amputacjami kończyn górnych mogą ponownie ‘myśleć’ jak osoba sprawna, co daje im nowe poziomy bezproblemowej reintegracji z życiem codziennym.”