211service.com
En konstgjord hand med riktig känsla
Ett nytt nervgränssnitt ger en känsla av beröring till en protetisk lem. 18 februari 2014
Igor Spetics hand var i en knytnäve när den skars av av en smideshammare för tre år sedan när han gjorde en jetdel av aluminium på sitt jobb. I månader efteråt kände han en fantomlem som fortfarande var sammanpressad och bultande av smärta. Vissa dagar kändes det precis som när det blev skadat, minns han.
Igor Spetic tappade handen i en arbetsplatsolycka. Nu är han en av de första personerna någonsin att återfå realistiska fingerkänsla tack vare nervgränssnitt (nedan) implanterade i armen.
Han fick snart en protes. Men för amputerade som Spetic är dessa mer verktyg än lemmar. Eftersom proteserna inte kan förmedla känslor kan personer som bär dem inte känna när de har tappat eller krossat något. Nu får Spetic, 48, tillbaka en del av sin känsla genom elektroder som har kopplats till kvarvarande nerver i hans arm. Spetic är en av två personer i en tidig rättegång som tar honom från hans hem i Madison, Ohio, till Cleveland Veterans Affairs Medical Center. I ett källarlabb är hans handprotes riggad med kraftsensorer som är inkopplade i 20 ledningar som sticker ut från hans övre högra arm. Dessa leder till tre kirurgiskt implanterade gränssnitt, sju millimeter långa, med så många som åtta elektroder styck inkapslade i en polymer, som omger tre huvudnerver i Spetics underarm.
Den här historien var en del av vårt marsnummer 2014
- Se resten av frågan
- Prenumerera
På ett bord gör en obeskrivlig vit låda med anpassad elektronik ett avgörande jobb: att översätta information från sensorerna på Spetics protes till en serie elektriska pulser som gränssnitten kan översätta till förnimmelser. Den här tekniken är under 20 år, säger försökets ledare, Dustin Tyler, professor i biomedicinsk teknik vid Case Western Reserve University och expert på neurala gränssnitt.
Vänster: För att utvärdera sin sensoriska feedback plockar han upp block som hålls vid bordet med magneter.
Höger: Med känslan återställd kan han plocka upp körsbär och ta bort stjälkar 93 procent av tiden utan att krossa, till och med med ögonbindel.
Från och med februari hade implantaten funnits på plats och presterat bra i tester i mer än ett och ett halvt år. Tylers grupp, som bygger på år av neurovetenskaplig forskning om signalmekanismerna som ligger till grund för sensation, har utvecklat ett bibliotek av mönster av elektriska pulser att skicka till armnerverna, varierande i styrka och timing. Spetic säger att dessa olika stimulansmönster producerar distinkta och realistiska känslor på 20 ställen på hans handprotes och fingrar. Känslorna inkluderar att trycka på ett kullager, trycka på spetsen av en penna, borsta mot en bomullstuss och vidröra sandpapper, säger han. En överraskande bieffekt: den första dagen av tester, säger Spetic, kändes hans fantomnäve öppen, och efter flera månader var fantomsmärtan borta till 95 procent.
Den här dagen står Spetic inför en enkel utmaning: att se om han kan känna ett skumblock. Han tar på sig en ögonbindel och brusreducerande hörlurar (för att vara säker på att han bara förlitar sig på sitt känsel), och sedan håller en postdoc blocket inuti hans vidöppna proteshand och knackar honom på axeln. Spetic stänger sin protes – en uppgift som möjliggörs av befintliga kommersiella gränssnitt till kvarvarande armmuskler – och rapporterar det ögonblick han rör vid blocket: framgång.
Även om resultaten är lovande, är forskning som involverar kirurgiska implantat tidskrävande. Att slutföra pilotstudien, förfina stimuleringsmetoder och lansera fullständiga kliniska prövningar kommer sannolikt att ta 10 år. Tyler avslutar också utvecklingen av en implanterbar elektronisk enhet för att leverera stimuli så att den inte bara är på en bänk i ett labb, utan kommer in i hemmet så småningom, säger han. Och han arbetar med tillverkare av proteser för att integrera kraftsensorer och kraftbearbetningsteknik direkt i framtida versioner av enheterna.
Vänster: Kontrollboxar levererar signaler till elektroder som omger nerverna i Spetics arm, vilket ger en beröringskänsla.
Höger: Den här enheten kan så småningom implanteras i hans arm och ersätta labbutrustning för att leverera signaler. Kraftsensorer och processteknik skulle kunna integreras i framtida protesanordningar.
Nervgränssnitt implanteras i armen.
När testerna är över och utrustningen kopplas bort, upphör Spetics sensoriska besök med sin förlorade hand abrupt. Han säger att han är välsignad att känna dessa människor och vara en del av detta. Men han kan inte låta bli att vemodigt tänka på vad framtiden kan ge. Det skulle vara trevligt att veta att jag kan plocka upp ett föremål utan att behöva titta på det, eller så kan jag hålla min frus hand och gå nerför gatan och veta att jag har ett tag i henne, säger han, medan han tar på sig kappan och börjar hemma igen. Kanske kommer allt detta att hjälpa nästa person.
Se video: Restoring a Sense of Touch in Amputees