Внасяне на усещане в бионичните крайници

Когато сгъвате бицепса си, мускулът ви изпраща информация до мозъка ви, което ви позволява да почувствате мускула си да се свива, без дори да се налага да го поглеждате. Но ако имате бионичен крайник, не получавате същата сензорна обратна връзка.

„Когато движа бионичните си глезени, не усещам движението на глезените и когато въртящият момент се увеличава върху моите бионични глезенни стави, не усещам този въртящ момент“, казва Хю Хер, който е съ-ръководител на Центъра за Extreme Bionics в Масачузетския технологичен институт и чиито крака са ампутирани под коляното. Хер и неговият екип се опитват да променят това за хората с ампутация, като използват мускулни присадки и съществуващи нерви на мястото на ампутация. Те описаха новата техника в проучване наскоро публикувани в „Научна роботика“. Според Shriya Srinivasan, докторант в Масачузетския технологичен институт и Харвард и водещ автор на изследването, то се основава на „фундаменталната двигателна единица на човешкото тяло“, мускулната двойка агонист и антагонист.

Кредит: Лаборатория по биомехатроника

Вашите бицепси и трицепси образуват една такава двойка, обяснява тя. „Когато свиете бицепса си... лакътят ви се огъва и трицепсът ви се разтяга. И този сигнал за разтягане се изпраща до мозъка ви, за да ви уведоми къде е ръката ви в пространството, колко бързо се движи и вида на теглото или натоварването, с което може да се изправи.“

Според Шринивасан, видът сензорна обратна връзка, осигурена от двойки мускули агонист-антагонист, е ключов за финия двигателен контрол. Но при типична процедура на ампутация - която според нея не се е променила много от Гражданската война - този път на обратна връзка е повреден.

„Това по същество включва разрязване на кожата и мускула и след това накрая на костта на мястото на ампутация и обвиване на мускулите около тази област и затваряне на кожата около нея“, казва тя. „И това, което е прекъснато [са] всички нерви, които контролират вашите мускули, и тази основна мускулна връзка агонист-антагонист.“ В резултат на това, казва тя, настоящите потребители на протези трябва да следват визуално крайниците си, за да знаят какво правят.

Но чрез използване на мускулни присадки от другаде в тялото, изследователите са намерили начин да спасят нервите, останали на местата на ампутация, и да пресъздадат мускулните двойки агонист-антагонист. „В нашата нова парадигма за ампутация ние хирургически и механично свързваме регенеративни парчета мускул с всеки от нашите нерви“, казва Сринивасан, „и ги свързваме така, че когато един [мускул] се свие, другият автоматично се разтяга и изпраща това обратен сигнал към мозъка.

„И тъй като ще имаме мускулни двойки, можем също така да извадим тези сигнали и да имаме по-фин протетичен контрол – и да можем да модулираме позицията, скоростта и твърдостта на протезните устройства, което е значително подобрение спрямо клиничния стандарт“, тя казва. С всяка мускулна двойка, обяснява тя, изследователите могат също да имплантират набор от сензори, които казват на бионичния крайник как да се движи.

В проучването изследователите тестваха техниката при плъхове, използвайки присадени мускулни двойки, за да изпратят сензорна информация обратно към мозъка. Сега, според MIT прессъобщение , те планират да започнат да го прилагат при хора, като използват мускулни присадки с размери около 4 сантиметра на 1,5 сантиметра.

Шринивасан казва, че техниката няма да бъде ограничена само до скорошни ампутирани - тя може да се използва и като „процедура за преразглеждане“ за хора като Хер, чиито крайници са били ампутирани отдавна.

„За почти всеки сценарий на ампутация, стига да имаме малко останал здрав нерв, можем да го вземем и да го поставим в регенеративни мускулни присадки“, обяснява тя в прессъобщението. „Можем да съберем тези мускулни присадки от почти всяка точка на тялото, което прави това приложимо за голям брой случаи, вариращи от травма до хронична болка.“

— Джулия Франц (първоначално публикувани На PRI.org )