Kærlighed i proteser

Firben kan regenerere efter at have mistet deres hale, og krabber kan regenerere efter at have mistet deres fødder, men sammenlignet med disse tilsyneladende "primitive" dyr, har mennesker mistet meget af evnen til at regenerere i løbet af evolutionen. Evnen til at regenerere lemmer hos voksne er næsten nul, med undtagelse af babyer, som kan regenerere, når de mister fingerspidserne. Som et resultat kan livskvaliteten for dem, der mister lemmer på grund af ulykke eller sygdom, blive stærkt påvirket, og at finde biologisk erstatning har været en vigtig mulighed for læger for at forbedre livet for amputerede.

Så langt tilbage som det gamle Egypten har der været optegnelser om kunstige lemmer. I Conan Doyles "The Sign of the Four" er der også en beskrivelse af en morder, der bruger proteser til at dræbe mennesker.

Sådanne proteser giver dog enkel støtte, men vil næppe forbedre en amputerets livsoplevelse væsentligt. Gode ​​proteser skal kunne sende signaler i begge retninger: På den ene side kan patienten styre protesen autonomt; På den anden side skal en proteselem være i stand til at sende fornemmelser til den sensoriske cortex i patientens hjerne, ligesom et naturligt lem med nerver, hvilket giver dem en følesans.

Tidligere undersøgelser har fokuseret på afkodning af hjernekoder for at tillade forsøgspersoner (aber og mennesker) at kontrollere robotarme med deres sind. Men det er også vigtigt at give protesen en fornemmelse. En tilsyneladende simpel proces som at gribe involverer kompleks feedback, da vi ubevidst justerer vores fingres kraft efter, hvordan vores hænder føles, så vi ikke glider ting af eller klemmer dem for hårdt. Tidligere måtte patienter med protesehænder stole på deres øjne for at bestemme styrken af ​​genstande. Det kræver meget opmærksomhed og energi at gøre ting, som vi kan gøre i farten, men selv da går de ofte i stykker.

I 2011 gennemførte Duke University en række eksperimenter på aber. De fik aber til at bruge deres sind til at manipulere virtuelle robotarme til at gribe genstande af forskellige materialer. Den virtuelle arm sendte forskellige signaler til abens hjerne, når den stødte på forskellige materialer. Efter træning var aberne i stand til korrekt at udvælge et bestemt materiale og modtage en madbelønning. Dette er ikke kun en foreløbig demonstration af muligheden for at give proteser en følesans, men det antyder også, at aber kan integrere de taktile signaler, der sendes af protesehjernen, med de motoriske styresignaler, som hjernen sender til protesen, hvilket giver en fuld række af feedback fra berøring til sansning for at styre armvalg baseret på sansning.

Selvom eksperimentet var godt, var det rent neurobiologisk og involverede ikke en egentlig proteselem. Og for at gøre det skal du kombinere neurobiologi og elektroteknik. I januar og februar i år udgav to universiteter i Schweiz og USA uafhængigt papirer, der brugte den samme metode til at fastgøre sensoriske proteser til forsøgspatienter.

I februar rapporterede forskere ved Ecole Polytechnique i Lausanne, Schweiz og andre institutioner, deres forskning i et papir offentliggjort i Science Translational Medicine. De gav et 36-årigt emne, Dennis Aabo S? Rensen, med 20 sansesteder i robothånden, der frembringer forskellige fornemmelser.

Hele processen er kompliceret. Først implanterede læger på Roms Gimili Hospital elektroder i Sorensens to armnerver, median- og ulnarerverne. Ulnarenerven styrer lillefingeren, mens mediannerven styrer pegefingeren og tommelfingeren. Efter at elektroderne var implanteret, stimulerede lægerne Sorensens median- og ulnarer kunstigt, hvilket gav ham noget, han ikke havde følt i lang tid: Han mærkede sin manglende hånd bevæge sig. Hvilket betyder, at der ikke er noget galt med Sørensens nervesystem.

Forskere ved Ecol Polytechnique i Lausanne tilsluttede derefter sensorer til robothånden, der kunne sende elektriske signaler baseret på forhold som tryk. Til sidst koblede forskerne robotarmen til Sørensens afhuggede arm. Sensorer i robothånden træder i stedet for sensoriske neuroner i den menneskelige hånd, og elektroder indsat i nerverne erstatter de nerver, der kan overføre elektriske signaler i den tabte arm.

Efter opsætning og fejlretning af udstyret gennemførte forskerne en række tests. For at forhindre andre distraktioner gav de Sørensen bind for øjnene, dækkede hans ører og lod ham kun røre med robothånden. De fandt ud af, at Sorensen ikke kun kunne bedømme hårdheden og formen af ​​de genstande, han rørte ved, men også skelne mellem forskellige materialer, såsom trægenstande og klæde. Desuden er manipulatoren og Sorensens hjerne godt koordineret og lydhør. Så han kan hurtigt justere sin styrke, når han tager noget op, og holde det stabilt. "Det overraskede mig, fordi jeg PLUDSELIG kunne mærke noget, som jeg ikke havde følt i de sidste ni år," sagde Sorensen i en video leveret af Ecole Polytechnique i Lausanne. "Når jeg bevægede min arm, kunne jeg mærke, hvad jeg lavede i stedet for at se, hvad jeg lavede."

En lignende undersøgelse blev lavet på Case Western Reserve University i USA. Deres emne var Igor Spetic, 48, fra Madison, Ohio. Han mistede sin højre hånd, da en hammer faldt på ham, mens han lavede aluminiumsdele til jetmotorer.

Teknikken, der blev brugt af forskerne fra Case Western Reserve University, er nogenlunde den samme som teknikken, der blev brugt på ECOLE Polytechnique i Lausanne, med en vigtig forskel. Elektroderne, der blev brugt på Ecole Polytechnique i Lausanne, gennemborede neuronerne i Sorensens arm ind i axonen; Elektroderne på Case Western Reserve University trænger ikke ind i neuronet, men omgiver i stedet dets overflade. Førstnævnte kan producere mere præcise signaler, hvilket giver patienterne mere komplekse og nuancerede følelser.

Men at gøre det har potentielle risici for både elektroderne og neuronerne. Nogle forskere bekymrer sig om, at de invasive elektroder kan forårsage kroniske bivirkninger på neuronerne, og at elektroderne ville være mindre holdbare. Forskere ved begge institutioner er dog sikre på, at de kan overvinde svaghederne ved deres tilgang. Spiderdick producerer også en ret præcis følelse af adskillelse fra sandpapir, vatkugler og hår. Forskerne ved Ecole Polytechnique i Lausanne sagde imidlertid, at de var sikre på holdbarheden og stabiliteten af ​​deres invasive elektrode, som varede mellem ni og 12 måneder hos rotter.

Alligevel er det for tidligt at bringe denne forskning på markedet. Ud over holdbarhed og sikkerhed er bekvemmeligheden ved sensoriske proteser stadig langt fra nok. Sorenson og Specdick blev i laboratoriet, mens proteserne blev monteret. Deres hænder, med masser af ledninger og gadgets, ligner intet science fictions bioniske lemmer. Silvestro Micera, en professor ved Ecole Polytechnique i Lausanne, som arbejdede på undersøgelsen, sagde, at det ville vare flere år, før de første sensoriske proteser, der ligner normale, kunne forlade laboratoriet.

"Jeg er spændt på at se, hvad de laver. Jeg håber, det hjælper andre. Jeg ved, at videnskaben tager lang tid. Hvis jeg ikke kan bruge den nu, men den næste person kan, er det fantastisk."

news

Indlægstid: 14. august 2021