Высокотехнологичные ортопедические руки дают ампутантам ловкость и чувство прикосновения

Прикосновение - мощное ощущение. Тот, который соединяет нас с окружающим нас миром, позволяя нам различать котенка, протирающегося к тыльной части нашей руки, и острого ногтя, высунутого из незавершенной стены.

Но тактильные ощущения - это больше, чем способ идентифицировать объекты. Они позволяют нам точно настраивать движения мышц, поскольку сенсорная информация передается мозгу из мышц и кожи. Эта добавленная информация делает разницу между креплением винограда между большим пальцем и пальцем и большим количеством виноградного сока.

рекламаРеклама

Для ампутантов сенсорная обратная связь от их протезных конечностей уже давно отсутствует, даже если сами искусственные конечности эволюционировали за последние несколько десятилетий в высокотехнологичные роботизированные устройства. Но две исследовательские группы, работа которых опубликована в выпуске Science Translational Medicine от 8 октября, пытаются дать этим протезам полный спектр ощущений.

«Ощущение осязания - один из способов взаимодействия с окружающими нас объектами», - сказал Дастин Тайлер, адъюнкт-профессор биомедицинской инженерии в Университете Case Western Reserve и директор одного из исследований, в пресс-релизе. «Наша цель - не только восстановить функцию, но и построить пересоединение с миром. Это длительное хроническое восстановление ощущения по нескольким точкам в руке».

Связанные новости: Новая бионическая рука позволяет амфеевым «ощущать» объекты в реальном времени »

Мужчины чувствуют почти 20 точек на протезных конечностях

Чтобы обеспечить ампутантов ощущением чувствуя себя в их искусственной конечности, группа исследователей во главе с Тайлером имплантировала электродные манжеты в предплечье одного самца и плеча другого. Эти типы электродов обертываются вокруг пучка нервов, а не проникают в защитную мембрану, что может вызвать долговременное повреждение нервов.

Датчики на искусственных руках пациентов подавали информацию о количестве давления на электроды, позволяя мужчинам ощущать до 19 различных точек на их протезных конечностях.

РекламаРекламировать

Предмет исследования держит помидор черри. Фото предоставлено Расселом Ли.

Для создания более сложных ощущений, таких как разница между наждачной бумагой и гладкой поверхностью, компьютер преобразует информацию от датчиков в различные электрические сигналы. Они были подобраны периферическими нервами, которые передавали сенсорную информацию в мозг. Со временем исследователи смогли точно настроить сигналы, когда пациенты настроились на них.

«Ощущение осязания на самом деле становится лучше», - сказал Кейт Вондерхуэвел из Сиднея, штат Огайо, в пресс-релизе. Он потерял руку в 2005 году, и система была имплантирована в январе 2013 года. «Они меняют вещи на компьютере, чтобы изменить ощущение. Однажды мне показалось, что вода пробегает по моей руке».

Из-за необходимости для компьютера, чтобы настроить сенсорные ощущения, поступающие с датчиков, эта система в настоящее время работает только в лаборатории, но исследователи ожидают, что в течение пяти лет будет создана домашняя система.

Подробнее: Отчет о гаджетах

РекламаРеклама

Имплантат костей обеспечивает добавленную прочность

Система, разработанная другой группой исследователей, которые базируются в Швеции, генерирует сенсорный вклад от искусственной конечности в аналогичной путь. Тем не менее, исследователи также смогли прикрепить искусственный рычаг непосредственно к скелету в процессе, называемом остеоинтеграцией, вместо того, чтобы использовать прикрепление гнезда в коммерчески доступном протезировании.

«Мы использовали остеоинтеграцию для создания долговременного стабильного слияния между человеком и машиной, где мы интегрировали их на разных уровнях», - сказал Макс Ортис Каталан, исследователь из Технологического университета Чалмерса в Гетеборге, Швеция, и автор публикации, в пресс-релизе. «Искусственный рычаг непосредственно прикреплен к скелету, обеспечивая механическую стабильность. «

Макс Ортис Каталан (слева) и доцент Рикард Бранемарк (справа) с первым пациентом, лечившимся системой остеоинтеграции имплантатов. Фото предоставлено каталанском.

Кроме того, каталанский и его коллеги связали протезную руку с остатками нервов и мышц в руке ампутации, обеспечив ему как ощущение осязания, так и способность контролировать искусственную конечность.

Это позволило ему сохранить свою работу водителем грузовика, используя его протезную руку для выполнения задач, включая действующие механизмы и распаковку ящиков с яйцами. Он также использует его для завязывания кружев на коньках своих детей.

РекламаРеклама

«Надежная связь между протезом и телом была недостающим звеном для клинической реализации нейронного контроля и сенсорной обратной связи, и это сейчас на месте», - сказал каталонский.

Протезирование с личностью: лондонский художник создает сложные руки для индивидуального стиля »

Touch углубляет связь с протезом

Ощущение осязания может обеспечить ампутантам больший контроль над своей конечностью, особенно от применяемого давления. Однако даже без этого ощущения люди все еще способны контролировать искусственные конечности с замечательным количеством ловкости, в значительной степени из-за сенсорной обратной связи, исходящей из глаз и мышц.

Но добавление сенсорного ощущения к протезу может принести пользу ампутациям другими способами. Одним из них является уменьшение фантомной боли, интенсивное ощущение, что конечность все еще прикреплена, хотя она больше не присутствует.Пациенты в новых исследованиях сообщили, что их фантомная боль уменьшилась после того, как они начали ощущаться с помощью искусственной конечности.

Ощущение осязания также может помочь ампутетам психологически интегрироваться с их протезом, позволяя им видеть это не как внешний инструмент, а как часть собственного тела. Это, в свою очередь, может уменьшить количество ампутантов, которые прекратят использовать их протезы через короткое время и повысить качество их повседневной жизни.

РекламаРеклама

Эскизное изображение представляет собой предмет исследования, выщипывающий виноград из связки. Фото предоставлено Дейлом Омори.