Robota protēze ‘Luke Skywalker’ ļauj amputētajam atkal justies

Viena no atšķirībām, kas jau sen ir atdalījusi zinātniskās fantastikas un realitātes jomu, vismaz attiecībā uz protezēšanu un mākslīgu cilvēka palielināšanu, ir mūsu spēja vienmērīgi adīt sintētiskos vai kibernētiskos komponentus cilvēka ķermenī. In Zvaigžņu kari , Zvaigžņu pārgājiens , Marvel Cinematic Universe vai tādas spēles kā Deus Ex, tās vienā vai otrā mērā tiek uzskatītas par atrisinātām problēmām. Reālajā dzīvē mākslīgo ekstremitāšu veidošana ar izsmalcinātām satveršanas vai līdzsvarošanas iespējām joprojām ir ļoti nepietiekams darbs. Bet protēzes roka, kuru mēs iepriekš esam pārklājuši, tagad oficiāli pazīstama kā Deka LUKE roka (un nosaukta Luke Skywalker vārdā), tagad ir gājusi soli tālāk un daļēji atjaunojusi amputēta spēju justies sensācija atkal.

Papīra kopsavilkums, in Zinātnes robotika , nosaka:

Elektromiogrāfiskie ieraksti no atlikušajiem rokas muskuļiem tika atšifrēti, lai nodrošinātu neatkarīgu un proporcionālu sešu DOF protēzes roku un plaukstas - DEKA LUKE rokas - kontroli. Kontaktu sensoru aktivizēšana uz protēzes izraisīja sensoro nervu šķiedru intranurālu mikrostimulāciju caur hroniski implantētiem Jūtas slīpajiem elektrodu blokiem, tādējādi izraisot taustes uztveri uz fantoma rokas. Iespējojot maņu atgriezenisko saiti, dalībniekam bija lielāka precizitāte satveršanas spēkos un viņš varēja labāk rīkoties ar trausliem priekšmetiem. Ar aktīvu izpēti dalībnieks varēja arī atšķirt mazus un lielus priekšmetus, kā arī mīkstus un cietus priekšmetus. Kad maņu atgriezeniskā saite bija biomimētiska - veidota, lai atdarinātu dabiskos maņu signālus, dalībnieks objektus spēja identificēt ievērojami ātrāk nekā izmantojot tradicionālos kodēšanas algoritmus, kas bija atkarīgi tikai no pašreizējā stimula intensitātes. Tādējādi mākslīgo pieskārienu var veidot, veidojot maņu atgriezenisko saiti, un bioloģiski iedvesmoti modeļi rada vairāk interpretējamu un noderīgu uztveri.

Jūtas slīpo elektrodu masīvs tika izstrādāts implantēšanai perifērajā nervu sistēmā. Kā norāda nosaukums, no sīka substrāta uz āru izvirzās 100 1,5 mm garu silīcija mikrodatu masīvs ar elektrodu garumu, kas svārstās no 0,5 mm līdz 1 mm. Elektrodu masīvs tika izmantots kopā ar neslīpu versiju (Jūtas elektrodu masīvs), lai pētītu paralēlu informācijas apstrādi un to, kā tiek kontrolēti muskuļi.

LUKE roka ir bijusi modificēts nodot informāciju cilvēka smadzenēm, ļaujot amputētajam nojaust informāciju par priekšmetiem, kas atrodas viņu rokās. Iepriekšējie pētījumi ir parādījuši, ka spēja sajust lietas ir atslēga, lai zinātu, cik grūti tās satvert - noņemiet to, un ir daudz grūtāk izvairīties no objektu saspiešanas.

“Mēs mainījām veidu, kā šo informāciju sūtām smadzenēm, lai tā atbilstu cilvēka ķermenim. Un, saskaņojot cilvēka ķermeni, mēs varējām redzēt uzlabotus ieguvumus, ”sacīja Džeikobs Džordžs, pētījuma autors un biomedicīnas inženierijas doktorants Jūtas universitātē. 'Mēs dodam vairāk bioloģiski reālistisku signālu.'

Keven Walgamott. Attēlu kredīts: Dan Hixson / Jūtas Universitātes Inženieru koledža.

Viens no amputātiem, kas saņēma roku, Keven Walgamott spēja veiksmīgi noņemt vīnogas no to kātiem, tos nesaspiežot, paņēma olu, nesaspiežot un neplaisājot, un pat turēja sievas roku. Viņš ziņoja, ka viņa “pirkstos” ir līdzīgas sajūtas kā cilvēka rokai. 'Tas mani gandrīz sarāva līdz asarām,' teica Walgamott pēc LUKE Arm pirmās izmantošanas 2017. gadā. 'Tas bija patiešām pārsteidzoši. Es nekad nedomāju, ka varēšu atkal iejusties šajā rokā. ”

Rokas darbs bija sarežģīts process. Pētījumi par to, kā palīdzēt amputētiem justies, savienojot protezēšanu ar apakšdelma atlikušajiem nerviem, ir veikti jau gadiem. Bet faktiski pārraida sensācija prasa vairāk nekā tikai piesaistīt roku nervam, ko var izdarīt, lai pārsūtītu komandu “pārvietoties”. Lai mijiedarbotos ar nerviem, rokai bija jābūt sensoriem, kas datus varētu pārvadāt tādā veidā, kuru nervi varētu saprast kā sākumu. Nervu impulsu datu pārraide, kas, šķiet, ir vērojams neironu modelī, pamatojoties uz aprakstu, bija galvenais faktors, lai roka patiešām darbotos. (Vietne atzīmē: 'Pēc pirmā kontakta ar objektu, impulsu plīsums uzbrauc nervus uz smadzenēm un pēc tam samazinās. Šī atjaunošana bija liels solis.')

Pētnieki acīmredzot modelēja nervu pārnešanu primātos, lai saprastu, kā cilvēkiem izveidot līdzvērtīgu modeli. Komanda tagad strādā pie Deka LUKE rokas versijas, kas var būt pilnībā mobila, nevis daļēji savienota ar datoru ārpus ķermeņa. Jūtas slīpo elektrodu masīvs spēj nosūtīt signālus, kas pārraida ne tikai pieskārienu - var signalizēt arī par sāpēm un temperatūru, lai gan šis pētījums bija vērsts uz pieskārienu, nevis uz citām maņām. Nākotnē komanda vēlas paplašināties, lai apmierinātu amputēto vajadzības virs elkoņa, kā arī esošo darbu ar pacientiem, kuri zaudēja ekstremitātes zem elkoņa. Cerams, ka pacienti varētu tikt aprīkoti ar LUKE roku, kuru viņi varētu paņemt mājās un izmantot līdz 2020. vai 2021. gadam. Roka ir izstrādāta apmēram 15 gadus.

Funkcijas attēla kredīts: Dan Hixson / Jūtas Universitātes Inženieru koledža.