Robotische prothetische kranen spinale zenuwsignalen

Anonim

Robotische prothetische kranen spinale zenuwsignalen

Gezondheid & Welzijn

Lisa-Ann Lee

7 februari 2017

2 afbeeldingen

Dankzij een nieuwe signaaldetectiesensor, zouden geamputeerden in de toekomst meer controle over hun prothesen kunnen hebben (Credit: Imperial College London)

Hoewel het oppakken van een voorwerp iets is dat de meesten van ons als vanzelfsprekend beschouwen, kan het voor prothesegebruikers een frustrerende oefening zijn. Ondanks al hun beloftes zijn hersengecontroleerde bionische armen, zowel invasieve als niet-invasieve, nog steeds niet klaar om het laboratorium te verlaten. Zou een nieuwe robotarm met prothese die signalen van spinale zenuwcellen detecteert, onderzoekers dichter bij het creëren van een kunstlid kunnen zetten dat lijkt op het echte werk?

Het probleem met spiergestuurde robotarmen is dat ze steunen op schokken van geamputeerde ledematen, waarvan de vezels vaak beschadigd zijn.

"Wanneer een arm wordt geamputeerd, worden ook de zenuwvezels en spieren doorgesneden, wat betekent dat het erg moeilijk is om zinvolle signalen van hen te krijgen om een ​​prothese te bedienen", legt Dario Farina uit, een professor bio-engineering aan het Imperial College in Londen.

Dit beperkt het aantal taken dat de kunstmatige ledematen kunnen uitvoeren en verklaart waarom tot 50 procent van de gebruikers ze uiteindelijk in frustratie dumpt, beweert hij. Maar wat als de prothese in plaats daarvan gebruik zou maken van het zenuwstelsel, zodat de signalen van de motorneuronen, die de spierbeweging regelen, duidelijker kunnen worden ontcijferd? Zou dit kunnen leiden tot de ontwikkeling van meer intuïtieve robotarmen? Dit is wat Farina en zijn team wilden weten.

Om hun hypothese te testen, ontwikkelden ze een sensor die de elektrische signalen gebruikt die door de neuronen van de wervelkolom werden gestuurd als commando's en zes geamputeerden in dienst namen om het te testen. Om de signalen te versterken en het voor de sensor gemakkelijker te maken om ze te detecteren, hadden de proefpersonen de zenuwen geassocieerd met hand- en armbewegingen die chirurgisch werden omgeleid naar gezonde spieren in hun borst of biceps.

Vervolgens hebben de onderzoekers de informatie in deze signalen gedecodeerd en in kaart gebracht, in vergelijking met die van gezonde patiënten. Het idee hier is dat door het decoderen van de betekenis achter alle signalen die door deze motorneuronen worden verzonden, ze uiteindelijk in staat zouden zijn om een ​​volledige reeks commando's voor arm- en handfuncties in de prothese te creëren, zodat het zou kunnen functioneren als het echte werk.

Voor deze studie codeerden de onderzoekers specifieke motorneuron signalen als commando's in het ontwerp van de prothese, waarna ze een sensorpleister op de spier die was geopereerd plaatsten, die op zijn beurt verbonden was met de prothese.

In plaats van te vertrouwen op schokken van beschadigde spieren, wordt deze robotarm bestuurd door de gedachten van de gebruiker (Credit: Imperial College London)

Zoals de onderzoekers in hun onderzoek rapporteerden, waren de resultaten bemoedigend: na met fysiotherapeuten te hebben samengewerkt om te leren hoe het apparaat moest worden bediend, wat inhield dat ze zichzelf een phantom-arm besturen en simpele acties bedachten, waren de geamputeerden in staat om een ​​groter bereik van bewegingen uit te voeren met het prototype in vergelijking met degenen die klassieke spiergestuurde robotprothesen gebruiken. Deze acties omvatten het op en neer heffen van hun armen en het zijwaarts verplaatsen van hun pols.

Voor sommige waarnemers is het nieuwe verhaal over deze studie dat de computeralgoritmen in de toekomst kunnen worden gebruikt om prothetische ledematen te controleren. Omdat de sensor niet als een implantaat in het lichaam is ingebed, is er geen noodzaak voor extra chirurgie, in tegenstelling tot mind-controlled prothesen waarvoor gebruikers moeten worden ingesteld met invasieve hersenimplantaten.

"Je hebt de sensor in het lichaam niet nodig om te begrijpen wat de zenuwen aan het doen zijn." Dit is het echt innovatieve deel van de studie, "zegt Levi Hargrove, een onderzoeker met het Centre for Rehabilitation Institute Bionic Medicine in Chicago, die niet betrokken was bij de studie.

De zoektocht om kunstmatige ledematen te creëren die de commando's van het brein in daden kunnen omzetten, is er een die tientallen jaren omvat. Alleen al in de VS vinden jaarlijks 185.000 amputaties plaats, waarbij vaatziekten een van de belangrijkste oorzaken zijn. Oorlog is een andere factor die bijdraagt ​​aan de statistiek. Vanaf 2012 omvatte het aantal gewonde Amerikaanse strijders in Afghanistan en Irak meer dan 1.500 geamputeerden. Sinds 2006 heeft DARPA US $ 153 miljoen uitgegeven aan zijn Revolutionizing Prosthetics-programma, maar ondanks innovaties zoals de LUKE-arm, is er nog veel ruimte voor vooruitgang op dit gebied.

Na het behalen van proof-of-concept met deze studie, is de volgende stap voor Farina en zijn team om de technologie in een grotere klinische proef te gebruiken en aan strenge testen te onderwerpen. Als alles goed gaat, schatten de onderzoekers dat het binnen drie jaar op de markt zou kunnen zijn.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Biomedical Engineering .

Bron: Imperial College London

In plaats van te vertrouwen op schokken van beschadigde spieren, wordt deze robotarm bestuurd door de gedachten van de gebruiker (Credit: Imperial College London)

Dankzij een nieuwe signaaldetectiesensor, zouden geamputeerden in de toekomst meer controle over hun prothesen kunnen hebben (Credit: Imperial College London)