Biyonik kol, üst ekstremite amputasyonu olan hastalarda doğal davranışları geri yükler
Science Robotics'te yayınlanan yeni bulgulara göre, Cleveland Clinic araştırmacıları, üst ekstremite amputasyonu olan hastalar için, kullanıcıların ampütasyonsuz bir insan gibi düşünmesine, davranmasına ve işlev görmesine olanak tanıyan, türünün ilk örneği bir biyonik kol tasarladı .
Cleveland Clinic liderliğindeki uluslararası araştırma ekibi, üç önemli işlevi birleştiren biyonik sistemi geliştirdi: sezgisel motor kontrolü, dokunma ve kavrama kinestezisi, eli sezgisel olarak açma ve kapama hissi. Ortak çalışanlar arasında Alberta Üniversitesi ve New Brunswick Üniversitesi vardı.
Baş araştırmacı Paul Marasco, "Kullanıcıların protez kollarını daha sezgisel bir şekilde hareket ettirmelerini ve aynı anda dokunma ve hareket hislerini hissetmelerini sağlayan bu karmaşık biyonik sistemle bakım standardı bir protezi değiştirdik" dedi. Cleveland Clinic Lerner Araştırma Enstitüsü Biyomedikal Mühendisliği Bölümü'nde profesör. "Bu bulgular, doğal kol fonksiyonunun tamamen restorasyonu ile insanlara ampütasyon sağlamaya yönelik önemli bir adımdır."
Sistem, bir nöral-makine arayüzündeki üç duyusal ve motor fonksiyonun tümünü bir protez kolda aynı anda test eden ilk sistemdir. Nöral-makine arayüzü, kullanıcının uzuv sinirleriyle bağlantı kurar. Hastaların protezi kullanmak veya taşımak istediklerinde beyinlerinden sinir uyarılarını proteze göndermelerini ve çevreden fiziksel bilgi alıp sinirleri aracılığıyla beyinlerine geri iletmelerini sağlar.
Yapay kolun çift yönlü geri bildirimi ve kontrolü, çalışma katılımcılarının, engelli olmayan kişilerle benzer derecede doğrulukla görevleri gerçekleştirmelerini sağladı.
Biyonik Entegrasyon Laboratuvarı'na liderlik eden Dr. Marasco, "Belki de bizi en çok heyecanlandıran şey, yargılar, kararlar vermeleri ve hatalarını amputasyonsuz bir insan gibi hesaplayıp düzeltmeleriydi" dedi. "Yeni biyonik uzuv ile insanlar doğal bir elleri varmış gibi davrandılar. Normalde, bu beyin davranışları üst uzuv protezi olan ve olmayan insanlar arasında çok farklıdır." Dr. Marasco'nun ayrıca Cleveland Clinic'in Charles Shor Epilepsi Merkezi'nde ve Cleveland VA Tıp Merkezi'nin Gelişmiş Platform Teknoloji Merkezi'nde randevusu var.
Araştırmacılar, yeni biyonik uzuvlarını, daha önce hedeflenen duyusal ve motor yeniden innervasyon prosedürlerine tabi tutulan üst uzuv amputasyonları olan iki çalışma katılımcısı üzerinde test ettiler. Çalışmanın küçük boyutu nedeniyle, ek araştırmalar önemli olacaktır.
Hedeflenen duyusal reinnervasyonda, küçük robotlarla cilde dokunmak, hastaların dokunma hissini algılamasını sağlayan duyu reseptörlerini harekete geçirir. Hedeflenen motor yeniden innervasyonda, hastalar uzuvlarını hareket ettirmeyi düşündüklerinde, yeniden innerve edilen kaslar aynı şekilde hareket etmek için bilgisayarlı bir protez ile iletişim kurar. Ek olarak, küçük, güçlü robotlar, aynı kaslardaki kinestetik duyu reseptörlerini titreştirerek protez kullanıcılarının ellerinin ve kollarının hareket ettiğini hissetmelerine yardımcı olur.
Katılımcılar, gelişmiş protezi takarken, el ve kol işlevselliği gerektiren temel, günlük davranışları yansıtan görevleri gerçekleştirdiler. Yeni geliştirilen gelişmiş değerlendirme araçlarıyla araştırmacılar, biyonik uzuv ile performansın, geleneksel protez cihazları olan engelli olmayan kişiler ve ampütasyonlu kişilerle karşılaştırıldığında nasıl olduğunu değerlendirdi. Ayrıca, gelişmiş proteze sahip insanların, üç duyusal ve motor modalitenin birlikte etkinleştirilmesiyle bireysel olarak nasıl çalıştığını karşılaştırdılar.
Dr. Marasco'ya göre, geleneksel protezleri olan insanlar uzuvları ile hissedemedikleri için, günlük yaşamda görevlerini yerine getirirken ampütasyon olmayan insanlardan farklı davranıyorlar. Örneğin, geleneksel protez kullanıcıları protezlerini kullanırken sürekli izlemeli ve elleriyle çok fazla veya az kuvvet uyguladıklarında hataları düzeltmeyi öğrenmekte zorlanırlar.
Yeni yapay kol ve gelişmiş değerlendirme araçları ile araştırmacılar, araştırmaya katılanların beyin ve davranış stratejilerinin ampütasyon olmayan bir kişininkiyle eşleşecek şekilde değiştiğini görebildi. Artık protezlerine bakmaları gerekmiyordu, bakmadan bir şeyler bulabiliyorlardı ve hatalarını daha etkili bir şekilde düzeltebiliyorlardı.
Dr. Marasco, "Son on veya yirmi yılda protezlerdeki gelişmeler, kullanıcıların daha iyi işlevsellik elde etmelerine ve günlük yaşamlarını kendi başlarına yönetmelerine yardımcı oldu" dedi. "İlk kez, üst ekstremite ampütasyonları olan insanlar şimdi yeniden güçlü bir insan gibi 'düşünebiliyorlar', bu da protez kullanıcılarına günlük hayata sorunsuz yeniden entegrasyon için yeni seviyeler sunuyor."
Bu çalışmanın ötesinde, uluslararası ekibin biyonik sistemi değerlendirmek için geliştirdiği beyin davranışı ve işlevselliği ile ilgili yeni sonuç ölçümleri, duyu ve hareket içeren herhangi bir üst ekstremite protezi veya eksikliğine uygulanabilir.
