En armprotes som fungerar som en riktig

En ny teknik som utnyttjar kvarvarande nerver tillåter amputerade att intuitivt kontrollera sin protes, vilket ger dem en mycket bättre kontrollnivå än traditionella proteser.

En ny typ av robotarm reagerar på samma neurala signaler som en mänsklig arm skulle göra, vilket ger bäraren bättre fingerfärdighet.

I en tidning som publicerades idag i The Lancet , beskrev forskare vid rehabiliteringsinstitutet i Chicago en procedur för att kirurgiskt transplantera nerver från axeln till den övre bröstmuskeln hos en kvinna som hade förlorat sin arm i en motorcykelolycka. De omdirigerade nerverna växte sedan in i muskeln, vilket förstärkte de meddelanden som en gång skickades till muskler i arm och hand; dessa signaler läses av sensorer på den protetiska extremiteten och omvandlas till rörelse. Patienten utvecklade också en överraskande grad av sensorisk uppfattning i övre bröstet, vilket forskare säger kommer att vara nyckeln i nästa generations proteser.

Det är uppmuntrande att se att även efter en amputation kan samma avsikt att flytta lemmen utnyttjas för att kontrollera en protetisk lem på ungefär samma sätt som lemmen tidigare kontrollerades, säger Leigh Hochberg , en neurolog vid Massachusetts General Hospital, i Boston, som skrev en kommentar som åtföljde tidningen.

De flesta konstgjorda armar styrs av kvarvarande muskler nära den amputerade extremiteten. Men enheterna kan vara frustrerande och långsamma: användaren måste medvetet dra ihop dessa muskler för att utlösa en rörelse, och endast en rörelse kan utföras åt gången. Todd Chick och kollegor vid Rehabilitation Institute of Chicago utvecklade en ny, mer intuitiv metod för att kontrollera proteser som utnyttjar kvarvarande nerver, som fortfarande bär neurala signaler avsedda för den förlorade extremiteten.

Forskarna transplanterade till den övre delen av bröstkorgen både motoriska och sensoriska nerver som före amputationen skulle ha färdats från axeln till musklerna i armen och handen. Under månaderna efter operationen växte de transplanterade nerverna in i bröstmuskeln, vilket så småningom utlöste ryckningar i axelmuskeln när patienten tänkte flytta sin hand eller armbåge. Forskare kartlade sedan det exakta mönstret av muskelaktivitet som inträffade när patienten mentalt utförde specifika rörelser, som att greppa eller flytta armbågen. Liberating Technologies, ett protesföretag, tillverkade sedan en specialiserad protetisk lem, som var programmerad att känna av muskelaktivitet som genereras av de transplanterade nerverna och använda den för att kontrollera rörelser av en motoriserad armbåge, handled och hand.

Patienten kunde använda sin nya arm inom några dagar och blev fyra gånger så snabb på rörelsetester som hon var med sin traditionella protes. Hon rapporterade att den nya enheten var mycket enklare och mer naturlig att använda, och hon kunde röra handen, handleden och armbågen samtidigt. Det här är ett riktigt innovativt tillvägagångssätt och har potential att förbättra kontrollen som människor som använder dessa myoelektriska proteser har, säger Robert Kirsch , associerad direktör för Functional Electrical Stimulation Center vid Louis Stokes Veterans Affairs Medical Center, i Cleveland.

Ett av de mest spännande fynden var kanske den överraskande förfinade sensoriska förmågan som patienten utvecklade i bröstet. (Patienten som beskrivs i tidningen var den tredje som genomgick nervtransplantationsproceduren, men hon var den första som fick sensoriska nerver transplanterade utöver motoriska nerver.) När området berördes kändes det som om hennes saknade hand hade varit berört, och hon fick så småningom en svag känsla av långfingret när hon berörde en viss del av hennes bröst.

Forskare säger att denna sensoriska förmåga är ett viktigt steg för nästa generation av proteser. Sensorer eller haptikteknik kan placeras i fingrarna på en robotarm och sända signaler till bröstet, vilket gör att patienten kan känna känslan som den protetiska extremiteten möter. Detta skulle ge den sensoriska feedbacken – som inte finns i standardproteser – som gör att vi kan greppa en frigolit kaffekopp utan att krossa den eller lägga ner en kopp soppa om den är för varm. Istället för att göra kommandon som en robot kan det faktiskt kännas som en del av kroppen, säger Kirsch.

Andra forskare utvecklar nu liknande implanterbara enheter, vilket potentiellt möjliggör en finare kontrollnivå. Kirsch, till exempel, utvecklar en enhet som skulle implanteras på muskeln för att direkt upptäcka muskelaktivitet och sedan trådlöst överföra aktivitetssignalerna till en protes, ett tillvägagångssätt som han säger kommer att ge mer stabil input till robotens extremitet.

Richard Normann , en neuroforskare vid University of Utah som har banat väg för utvecklingen av små elektroduppsättningar som kan registrera sofistikerade neurala signaler, arbetar på en enhet som, när den implanteras på nerven, kan registrera signaler från individuella axoner i nervfibern, och därigenom tillhandahålla en mer nyanserad uppsättning styrsignaler. Han hoppas ha en fungerande version att testa på några av Kuikens patienter om cirka två år. Det är inte orimligt att tro att en amputerad kan ha en arm som han kommer att tro och använda precis som en befintlig arm, säger Normann. Det är naturligtvis inte verkligheten idag, men det är inte längre en fantasi.

Dölj