Een stap voorwaarts voor aanraakgevoelige prothetische ledematen


Een stap voorwaarts voor aanraakgevoelige prothetische ledematen

Het vermogen om objecten vast te houden en te verplaatsen is afhankelijk van sensorische signalen die van de hand naar de hersenen worden gestuurd, een faculteit die ontstekingen ontbreekt aan huidige prosthetische ledematen. Maar nieuw onderzoek van de Universiteit van Chicago kan op een dag leiden tot aanraakgevoelige protetische ledematen die direct met de hersenen communiceren.

De onderzoekers, onder leiding van Sliman Bensmaia, adjunct-professor in het Departement Organische Biologie en Anatomie aan de Universiteit van Chicago, geloven dat hun onderzoek kan bijdragen aan het vergroten van zowel de behendigheid als de functie van robotische ledematen.

Door middel van experimenten met apen speelde hij en zijn team neurale activiteitspatronen die zich voordoen als de dieren voorwerpen manipuleren, en ze konden deze patronen kunstmatig herstellen.

"Om de sensorische motorfunctie van een arm te herstellen," zegt Bensmaia, "je moet niet alleen de motor signalen vervangen die de hersenen naar de arm sturen om het rond te verplaatsen, maar je moet ook de sensorische signalen vervangen die de arm terugstuurt Naar de hersenen."

Hij en zijn team geloven dat door te gebruiken wat zij weten "over hoe de hersenen van het intacte organisme zintuiglijke informatie verwerken," kunnen ze proberen deze patronen van neurale activiteit te reproduceren door stimulatie van de hersenen."

Het onderzoek van Bensmaia en collega's maakt deel uit van een project DARPA (Advanced Research Projects Agency), genaamd Revolutionizing Prosthetics. Het doel van het project is het creëren van een kunstmatige bovenste ledemaat die natuurlijke motorische controle en sensatie bij patiënten met amputaties zal verschaffen.

Resultaten van hun onderzoek werden gepubliceerd in het tijdschrift Verrigtingen van de Nationale Academie van Wetenschappen .

Dezelfde waarneming van kunstmatige en echte prikkels

Een reeks experimenten heeft gewerkt met de plaats waar de huid is aangeraakt. De onderzoekers trainden de apen om de verschillende patronen met hun vingers correct te identificeren.

De bevindingen van de onderzoekers brengen ons dichter bij aanraakgevoelige kunstmatige ledematen die sensorische informatie doorgeven aan amputees door middel van een koppeling met de hersenen. Credit: PNAS, 2013.

Vervolgens hebben de onderzoekers elektroden verbonden met gebieden van de apen die met elke vinger gerelateerd waren. Maar deze keer, in plaats van de handen aan te raken, stuurden onderzoekers elektrische pulsen naar de specifieke gebieden van de hersenen.

Het team heeft geconstateerd dat de apen op de kunstmatige stimulatie gereageerd hebben op dezelfde manier waarop ze reageerden op fysieke aanraking.

In een andere reeks experimenten werkten de onderzoekers met drukbewustzijn door een algoritme te genereren die een elektrische stroom creëerde, die een gevoel van druk veroorzaakte.

En in dit geval was het antwoord van de apen hetzelfde voor zowel kunstmatige als echte prikkels.

In een laatste reeks experimenten keek Bensmaia en zijn team naar wat ze "contactgebeurtenissen" noemen, dat is wanneer de hand eerst een object aanraakt of laat gaan.

Ze zeggen dat dit moment een breuk in de hersenen creëert, en nogmaals, de onderzoekers waren in staat om kunstmatig deze barsten in de hersenen te creëren met elektrische stimulatie.

De toekomst van de prothetische ledematen

Als gevolg van deze experimenten zeggen Bensmaia en zijn collega's dat zij een reeks instructies hebben gemaakt die kunnen worden gebruikt met een robotprothese arm, die sensorische feedback in de hersenen kan geven via een "neurale interface".

Deze feedback, volgens Bensmaia, zou kunnen betekenen dat deze toestellen zo veel dichter bij testen in menselijke klinische proeven kunnen zijn.

"De algoritmen om de motorsignalen te ontcijferen zijn nogal een lange weg gekomen, waar je nu wapens met zeven vrijheidsgraden kunt regelen," zegt Bensmaia. "Het is zeer verfijnd."

Hij zegt echter dat er nog werk moet worden gedaan:

Maar ik denk dat er een sterk argument is dat zij niet klinisch vatbaar zullen zijn tot de sensorische feedback is opgenomen. Wanneer het is, zal de functionaliteit van deze ledematen aanzienlijk toenemen."

Hoewel de amputees moeten wachten tot deze aanraakgevoelige ledematen tot stand komen, zijn er in de afgelopen jaren nieuwe ontwikkelingen in de wereld van prosthetische ledematen, zoals gedachtebeheerde robotarms geweest.

New bionics let us run, climb and dance | Hugh Herr (Video Medische En Professionele 2018).

Sectie Kwesties Op De Geneeskunde: Medische praktijk