Αγάπη στην προσθετική

Οι σαύρες μπορούν να αναγεννηθούν αφού χάσουν την ουρά τους και τα καβούρια μπορούν να αναγεννηθούν αφού χάσουν τα πόδια τους, αλλά σε σύγκριση με αυτά τα φαινομενικά «πρωτόγονα» ζώα, οι άνθρωποι έχουν χάσει πολύ από την ικανότητα αναγέννησης κατά τη διάρκεια της εξέλιξης. Η ικανότητα αναγέννησης των άκρων στους ενήλικες είναι σχεδόν μηδενική, με εξαίρεση τα μωρά που μπορεί να αναγεννηθούν όταν χάσουν τα δάχτυλά τους. Ως αποτέλεσμα, η ποιότητα ζωής όσων χάνουν άκρα λόγω ατυχήματος ή ασθένειας μπορεί να επηρεαστεί σε μεγάλο βαθμό και η εύρεση βιολογικού αντικαταστάτη ήταν μια σημαντική επιλογή για τους γιατρούς για τη βελτίωση της ζωής των ακρωτηριασμένων.

Ήδη από την αρχαία Αίγυπτο, υπήρχαν αρχεία για τεχνητά μέλη. Στο «The Sign of the Four» του Conan Doyle, υπάρχει επίσης μια περιγραφή ενός δολοφόνου που χρησιμοποιεί προσθετικά μέλη για να σκοτώνει ανθρώπους.

Τέτοια προσθετικά, ωστόσο, παρέχουν απλή υποστήριξη αλλά είναι απίθανο να βελτιώσουν σημαντικά την εμπειρία ζωής ενός ακρωτηριασμένου. Η καλή προσθετική θα πρέπει να μπορεί να στέλνει σήματα και προς τις δύο κατευθύνσεις: αφενός, ο ασθενής μπορεί να ελέγχει την προσθετική αυτόνομα. Από την άλλη πλευρά, ένα προσθετικό μέλος θα πρέπει να μπορεί να στέλνει αισθήσεις στον αισθητήριο φλοιό του εγκεφάλου του ασθενούς, όπως ένα φυσικό μέλος με νεύρα, δίνοντάς του την αίσθηση της αφής.

Προηγούμενες μελέτες είχαν επικεντρωθεί στην αποκωδικοποίηση των εγκεφαλικών κωδίκων για να επιτρέψουν στα άτομα (πιθήκους και ανθρώπους) να ελέγχουν τα ρομποτικά χέρια με το μυαλό τους. Αλλά είναι επίσης σημαντικό να δίνουμε στο προσθετικό μια αίσθηση. Μια φαινομενικά απλή διαδικασία, όπως το πιάσιμο, περιλαμβάνει πολύπλοκη ανατροφοδότηση, καθώς προσαρμόζουμε υποσυνείδητα τη δύναμη των δακτύλων μας ανάλογα με το πώς νιώθουμε τα χέρια μας, έτσι ώστε να μην γλιστρήσουμε τα πράγματα από πάνω ή να τα τσιμπήσουμε πολύ δυνατά. Παλαιότερα, οι ασθενείς με προσθετικά χέρια έπρεπε να βασίζονται στα μάτια τους για να καθορίσουν την αντοχή των αντικειμένων. Χρειάζεται πολλή προσοχή και ενέργεια για να κάνουμε πράγματα που μπορούμε να κάνουμε εν κινήσει, αλλά ακόμα και τότε συχνά σπάνε πράγματα.

Το 2011, το Πανεπιστήμιο Duke διεξήγαγε μια σειρά πειραμάτων σε πιθήκους. Έβαλαν πιθήκους να χρησιμοποιούν το μυαλό τους για να χειριστούν εικονικούς ρομποτικούς βραχίονες για να πιάσουν αντικείμενα από διαφορετικά υλικά. Ο εικονικός βραχίονας έστειλε διαφορετικά σήματα στον εγκέφαλο του πιθήκου όταν συνάντησε διαφορετικά υλικά. Μετά την εκπαίδευση, οι πίθηκοι μπόρεσαν να διαλέξουν σωστά ένα συγκεκριμένο υλικό και να λάβουν μια ανταμοιβή τροφής. Δεν είναι μόνο μια προκαταρκτική επίδειξη της δυνατότητας να δοθεί στα προσθετικά μια αίσθηση αφής, αλλά υποδηλώνει επίσης ότι οι πίθηκοι μπορούν να ενσωματώσουν τα απτικά σήματα που στέλνει ο εγκέφαλος της πρόσθεσης με τα σήματα ελέγχου κινητήρα που στέλνει ο εγκέφαλος στην πρόσθεση, παρέχοντας πλήρη εύρος ανατροφοδότησης από το άγγιγμα έως την αίσθηση έως τον έλεγχο της επιλογής του βραχίονα με βάση την αίσθηση.

Το πείραμα, αν και καλό, ήταν καθαρά νευροβιολογικό και δεν αφορούσε πραγματικό προσθετικό μέλος. Και για να γίνει αυτό, πρέπει να συνδυάσετε τη νευροβιολογία και την ηλεκτρική μηχανική. Τον Ιανουάριο και τον Φεβρουάριο του τρέχοντος έτους, δύο πανεπιστήμια στην Ελβετία και τις Ηνωμένες Πολιτείες δημοσίευσαν ανεξάρτητα άρθρα χρησιμοποιώντας την ίδια μέθοδο για να προσαρτήσουν αισθητήρια προσθετικά σε πειραματικούς ασθενείς.

Τον Φεβρουάριο, επιστήμονες στην Ecole Polytechnique στη Λωζάνη της Ελβετίας και άλλα ιδρύματα, ανέφεραν την έρευνά τους σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο Science Translational Medicine. Έδωσαν έναν 36χρονο θέμα, τον Dennis Aabo S? Rensen, με 20 αισθητήριες θέσεις στο ρομποτικό χέρι που παράγουν διαφορετικές αισθήσεις.

Η όλη διαδικασία είναι περίπλοκη. Αρχικά, οι γιατροί στο νοσοκομείο Gimili της Ρώμης εμφύτευσαν ηλεκτρόδια στα δύο νεύρα του βραχίονα του Sorensen, το μέσο και το ωλένιο νεύρο. Το ωλένιο νεύρο ελέγχει το μικρό δάχτυλο, ενώ το διάμεσο νεύρο ελέγχει τον δείκτη και τον αντίχειρα. Μετά την εμφύτευση των ηλεκτροδίων, οι γιατροί διέγειραν τεχνητά τα μεσαία και ωλένια νεύρα του Sorensen, δίνοντάς του κάτι που δεν είχε νιώσει εδώ και πολύ καιρό: ένιωσε το χέρι του που έλειπε να κινείται. Που σημαίνει ότι δεν υπάρχει τίποτα κακό με το νευρικό σύστημα του Sorensen.

Οι επιστήμονες στο Ecol Polytechnique στη Λωζάνη προσάρτησαν στη συνέχεια αισθητήρες στο ρομποτικό χέρι που μπορούσαν να στείλουν ηλεκτρικά σήματα με βάση συνθήκες όπως η πίεση. Τέλος, οι ερευνητές συνέδεσαν το ρομποτικό χέρι με το κομμένο χέρι του Sorensen. Οι αισθητήρες στο ρομποτικό χέρι αντικαθιστούν τους αισθητηριακούς νευρώνες στο ανθρώπινο χέρι και τα ηλεκτρόδια που εισάγονται στα νεύρα αντικαθιστούν τα νεύρα που μπορούν να μεταδώσουν ηλεκτρικά σήματα στον χαμένο βραχίονα.

Μετά την εγκατάσταση και τον εντοπισμό σφαλμάτων του εξοπλισμού, οι ερευνητές πραγματοποίησαν μια σειρά δοκιμών. Για να αποτρέψουν άλλους περισπασμούς, έδεσαν τα μάτια στον Σόρενσεν, κάλυψαν τα αυτιά του και τον άφησαν να αγγίζει μόνο με το ρομποτικό χέρι. Διαπίστωσαν ότι ο Sorensen δεν μπορούσε μόνο να κρίνει τη σκληρότητα και το σχήμα των αντικειμένων που άγγιξε, αλλά και να διακρίνει μεταξύ διαφορετικών υλικών, όπως ξύλινα αντικείμενα και ύφασμα. Επιπλέον, ο χειριστής και ο εγκέφαλος του Sorensen είναι καλά συντονισμένοι και ανταποκρίνονται. Έτσι μπορεί να προσαρμόζει γρήγορα τη δύναμή του όταν παίρνει κάτι και να το διατηρεί σταθερό. «Με εξέπληξε γιατί ΞΑΦΝΙΚΑ μπόρεσα να νιώσω κάτι που δεν είχα νιώσει τα τελευταία εννέα χρόνια», είπε ο Σόρενσεν σε ένα βίντεο που παρείχε η Ecole Polytechnique στη Λωζάνη. «Όταν κίνησα το χέρι μου, μπορούσα να νιώσω τι έκανα αντί να παρακολουθώ τι έκανα».

Μια παρόμοια μελέτη έγινε στο Πανεπιστήμιο Case Western Reserve στις Ηνωμένες Πολιτείες. Το θέμα τους ήταν ο Ιγκόρ Σπέτιτς, 48 ετών, από το Μάντισον του Οχάιο. Έχασε το δεξί του χέρι όταν ένα σφυρί έπεσε πάνω του ενώ κατασκεύαζε εξαρτήματα αλουμινίου για κινητήρες τζετ.

Η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε από τους ερευνητές του Case Western Reserve University είναι περίπου η ίδια με την τεχνική που χρησιμοποιήθηκε στο ECOLE Polytechnique στη Λωζάνη, με μια σημαντική διαφορά. Τα ηλεκτρόδια που χρησιμοποιήθηκαν στο Ecole Polytechnique στη Λωζάνη τρύπησαν τους νευρώνες στο χέρι του Sorensen στον άξονα. Τα ηλεκτρόδια στο Πανεπιστήμιο Case Western Reserve δεν διαπερνούν τον νευρώνα, αλλά περιβάλλουν την επιφάνειά του. Το πρώτο μπορεί να παράγει πιο ακριβή σήματα, δίνοντας στους ασθενείς πιο περίπλοκα και πιο διακριτικά συναισθήματα.

Αλλά κάτι τέτοιο έχει πιθανούς κινδύνους τόσο για τα ηλεκτρόδια όσο και για τους νευρώνες. Μερικοί επιστήμονες ανησυχούν ότι τα επεμβατικά ηλεκτρόδια θα μπορούσαν να προκαλέσουν χρόνιες παρενέργειες στους νευρώνες και ότι τα ηλεκτρόδια θα ήταν λιγότερο ανθεκτικά. Ωστόσο, οι ερευνητές και στα δύο ιδρύματα είναι βέβαιοι ότι μπορούν να ξεπεράσουν τις αδυναμίες της προσέγγισής τους. Το Spiderdick παράγει επίσης μια αρκετά ακριβή αίσθηση διαχωρισμού από γυαλόχαρτο, βαμβάκι και μαλλιά. Οι ερευνητές στο Ecole Polytechnique στη Λωζάνη, ωστόσο, δήλωσαν σίγουροι για την ανθεκτικότητα και τη σταθερότητα του επεμβατικού ηλεκτροδίου τους, το οποίο διήρκεσε από εννέα έως 12 μήνες σε αρουραίους.

Ωστόσο, είναι πολύ νωρίς για να κυκλοφορήσει αυτή η έρευνα στην αγορά. Εκτός από την ανθεκτικότητα και την ασφάλεια, η ευκολία των αισθητηριακών προσθετικών δεν είναι ακόμα αρκετή. Ο Sorenson και ο Specdick έμειναν στο εργαστήριο ενώ τοποθετούνταν τα προσθετικά. Τα χέρια τους, με πολλά καλώδια και gadget, δεν μοιάζουν σε τίποτα με τα βιονικά μέλη της επιστημονικής φαντασίας. Ο Silvestro Micera, καθηγητής στην Ecole Polytechnique στη Λωζάνη, ο οποίος εργάστηκε στη μελέτη, είπε ότι θα περάσουν αρκετά χρόνια μέχρι να φύγουν από το εργαστήριο τα πρώτα αισθητήρια προσθετικά, τα οποία μοιάζουν με τα κανονικά.

"Είμαι ενθουσιασμένος που βλέπω τι κάνουν. Ελπίζω να βοηθήσει άλλους. Ξέρω ότι η επιστήμη χρειάζεται πολύ χρόνο. Αν δεν μπορώ να τη χρησιμοποιήσω τώρα, αλλά το επόμενο άτομο μπορεί, αυτό είναι υπέροχο."

news

Ώρα δημοσίευσης: Αυγ-14-2021