Nieuw DARPA-programma om prothesen te ontwikkelen met levensechte sensorische feedback

Anonim

Nieuw DARPA-programma om prothesen te ontwikkelen met levensechte sensorische feedback

Gezondheid & Welzijn

David Szondy

25 april 2014

Met behulp van implanteerbare sensoren die draadloos zijn verbonden met externe modules, is het doel om levensechte prothetische ledematen te bieden met een hoge mate van sensorische feedback

Veel moderne prothetische ledematen zijn zo ingewikkeld dat ze iets uit het sci-fi cyborg-rijk lijken. Helaas voelen deze wonderen voor de drager nog steeds aan als stukjes dood metaal en plastic. Het onlangs aangekondigde Hand Proprioception and Touch Interfaces (HAPTIX) -programma van DARPA is erop gericht dit te veranderen. Met behulp van implanteerbare sensoren die draadloos zijn verbonden met externe modules, is het doel om levensechte prothetische ledematen te bieden met een hoge mate van sensorische feedback dat ze een gevoel geven deel uit te maken van het lichaam van de drager, niet iets dat alleen maar wordt vastgebonden.

Het probleem van protheses komt neer op één woord: proprioceptie. Dat wil zeggen, het vermogen om je ledematen te bewegen zonder ernaar te kijken, maar toch ervan overtuigd te zijn dat je precies weet waar ze zijn. Met andere woorden, het is het gevoel dat uw ledematen van u zijn en niet vastzittende gereedschappen. Dit is zo gewoon dat de meesten van ons er nooit over nadenken totdat een ledemaat in slaap valt en het voelt alsof iemand een logboek aan je lichaam heeft gehecht.

Dit is een van de grootste obstakels voor ontwerpers van prothesen op de bovenste ledematen. Dergelijke protheses kunnen sterk, gearticuleerd, mooi om naar te kijken en zelfs reageren op zenuwimpulsen om een ​​gevoel van aanraking te bieden als echte ledematen, maar als ze niet als echte ledematen voelen, zijn ze niet veel meer dan ingewikkeld hulpmiddelen.

Daarnaast is er de kwestie van functionaliteit. Afgezien van het hebben van een arm die niet voelt als een arm of een hand die niet aanvoelt als een hand, vertrouwen we op sensorische feedback om onze ledematen onder controle te houden. Zo kun je in een la grasduinen zonder een tennisbal onder een bank te zoeken of te halen. Het is ook wat een ervaren typist in staat stelt een toetsenbord te bewerken zonder naar toetsenborden of vingers te kijken.

Het doel van het HAPTIX-programma is onderdeel van DARPA 's Biological Technologies Office (BTO), om geamputeerden kunstmatige ledematen te geven met een gevoel dat ze natuurlijker maakt om ze meer intuïtief te dragen en te gebruiken, en om de incidentie te verminderen van 'fantoompijn', waar geamputeerden gevoelens hebben in een ledemaat die er niet meer is.

De sleutel tot HAPTIX is de perifere zenuwen in de ledematenstomp. Volgens Doug Weber, de DARPA-programmamanager, zijn dit de beste manieren om de nodige sensorische feedback te geven.

"Perifere zenuwen zijn informatie-rijke en gemakkelijk toegankelijke doelen voor interfacing met het menselijke zenuwstelsel, " zegt Weber. "Onderzoek uitgevoerd onder DARPA 's [Reliable Neural-Interface Technology (RE-NET)] programma en elders toonde aan dat deze zenuwen motorische en sensorische vezels behouden die eerder de geamputeerde ledemaat hebben geïnnerveerd, en dat deze vezels nog tientallen jaren functioneel blijven na verlies van ledematen . HAPTIX zal proberen deze biologische communicatiepaden aan te boren, zodat gebruikers de prothese kunnen controleren en detecteren via dezelfde neurale signaleringsroutes die worden gebruikt voor intacte handen en armen. "

Het idee is dat het HAPTIX-programma manieren zal onderzoeken om motorische signalen te meten en decoderen die van en naar de perifere ledematen en de spieren gaan. Met behulp van technologie voor geavanceerde protheses gemaakt voor DARPA's Revolutionizing Prosthetics-programma, heeft HAPTIX tot doel implanteerbare sensoren te ontwikkelen die tactiele en proprioceptieve feedback bieden op een zodanige manier dat het niet alleen een gevoel van aanraking geeft, maar ook van de prothetische ledematen. beweging en positie.

Omdat het proberen van een gevoel van belichaming een krachtig psychologisch effect op patiënten kan hebben, zal het HAPTIX-programma zowel psychologen als ingenieurs en medisch specialisten omvatten. Dit is vooral belangrijk omdat de geplande laatste fase van het project een jaar in-house testen van de nieuwe technologie op geamputeerde patiënten omvat.

"We hebben de mogelijkheid om niet alleen het vermogen van een geamputeerde om een ​​prostaatlid te beheersen significant te verbeteren, maar ook om een ​​diepgaande, positieve psychologische impact te hebben", zegt Weber. "Amputees zien bestaande prothesen als gereedschappen, zoals een sleutel, die alleen worden gebruikt om een ​​specifieke taak uit te voeren, zodat veel mensen hun prothesen verlaten, tenzij ze absoluut nodig zijn. Wij geloven dat HAPTIX een zintuiglijke ervaring zal creëren die zo rijk en levendig is dat de gebruiker zijn of haar prothese fulltime wil dragen en accepteren als een natuurlijke uitbreiding van het lichaam. Als we dat kunnen bereiken, is DARPA nog dichter bij het nakomen van zijn belofte om de volledige en natuurlijke functionaliteit van gewonde leden van de service te helpen herstellen. "

Als het programma volgens plan verloopt, zal DARPA uiteindelijk US Food and Drug Administration toestemming vragen voor menselijke proeven met als uiteindelijk doel het ontwikkelen van volledig implanteerbare, modulaire en herconfigureerbare neurale interface microsystemen die draadloos communiceren met externe modules om een ​​link te leggen tussen prothese en drager.

Bron: DARPA

Met behulp van implanteerbare sensoren die draadloos zijn verbonden met externe modules, is het doel om levensechte prothetische ledematen te bieden met een hoge mate van sensorische feedback