Bringer fornemmelse til bioniske lemmer

Bringer fornemmelse til bioniske lemmer

Protesen, der er knyttet til et amputeret lem, kan kommunikere med hjernen for at give sensorisk feedback til brugeren. Kredit: Stephanie Ku

Når du bøjer din bicep, sender din muskel information til din hjerne, så du kan mærke, at din muskel trækker sig sammen uden selv at skulle kigge på den. Men hvis du har et bionisk lem, får du ikke den samme sensoriske feedback.

'Når jeg bevæger mine bioniske ankler, mærker jeg ikke bevægelsen af ​​anklerne, og når drejningsmomentet øges på mine bioniske ankelled, mærker jeg ikke det drejningsmoment,' siger Hugh Herr, der er medleder Center for Extreme Bionics på MIT, og hvis ben er amputeret under knæet. Herr og hans team forsøger at ændre det for amputerede ved at bruge muskeltransplantater og eksisterende nerver på amputationsstedet. De beskrev den nye teknik i en undersøgelse for nylig offentliggjort i 'Science Robotics'. Ifølge Shriya Srinivasan, en ph.d.-kandidat ved MIT og Harvard og hovedforfatter af forskningen, er den baseret på 'den grundlæggende motoriske enhed i den menneskelige krop', agonist- og antagonistmuskelparret.



Kredit: Biomechatronics Lab

Dine biceps og triceps danner et sådan par, forklarer hun. 'Når du trækker dig sammen med dine biceps … bøjes din albue, og dine triceps strækkes. Og dette stræksignal sendes til din hjerne for at fortælle dig, hvor din arm er i rummet, hvor hurtigt den bevæger sig, og den slags vægt eller belastning, den kan være oppe imod.'

Ifølge Srinivasan er den slags sensorisk feedback, som agonist-antagonist-muskelpar giver, nøglen til finmotorisk kontrol. Men i en typisk amputationsprocedure - som hun siger ikke har ændret sig meget siden borgerkrigen - er denne feedback-vej beskadiget.

'Det involverer i det væsentlige at skære gennem huden og musklen og til sidst knoglen på amputationsstedet og vikle musklerne omkring det område og lukke huden omkring det,' siger hun. 'Og det, der er afskåret, er alle de nerver, der styrer dine muskler, og dette grundlæggende agonist-antagonist-muskelforhold.' Som et resultat, siger hun, skal nuværende brugere af proteser visuelt følge deres lemmer for at vide, hvad de laver.

Men ved at bruge muskeltransplantater fra andre steder i kroppen, har forskerne fundet en måde at redde de tilbageværende nerver på amputationssteder og genskabe agonist-antagonist-muskelparringerne. 'I vores nye amputationsparadigme forbinder vi kirurgisk og mekanisk regenerative muskelstykker til hver af vores nerver,' siger Srinivasan, 'og har disse forbundet, så når den ene [muskel] trækker sig sammen, strækker den anden sig automatisk og sender den feedbacksignal til hjernen.'

'Og fordi vi får muskelpar, kan vi også tage disse signaler ud og have finere protesekontrol - og være i stand til at modulere position, hastighed og stivhed af proteseanordninger, hvilket er en væsentlig forbedring af den kliniske standard,' hun siger. Med hvert muskelpar, forklarer hun, kan forskere også implantere et sæt sensorer, der fortæller det bioniske lem, hvordan det skal bevæge sig.

I undersøgelsen testede forskere teknikken i rotter ved at bruge podede muskelpar til at sende sensorisk information tilbage til hjernen. Nu ifølge MIT's pressemeddelelse , planlægger de at begynde at anvende det på mennesker ved at bruge muskeltransplantater på omkring 4 centimeter gange 1,5 centimeter.

Srinivasan siger, at teknikken ikke kun vil være begrænset til nylige amputerede - den kan også bruges som en 'revisionsprocedure' for folk som Herr, der fik amputeret lemmer for længe siden.

'For næsten ethvert amputationsscenarie, så længe vi har en lille smule af den sunde nerve tilbage, kan vi tage det og lægge det i regenerative muskeltransplantater,' forklarer hun i pressemeddelelsen. 'Vi kan høste disse muskeltransplantater fra næsten hvor som helst i kroppen, hvilket gør dette gældende for et stort antal tilfælde lige fra traumer til kroniske smerter.'

— Julia Franz (oprindeligt offentliggjort PRI.org )