Haberler

Sinir sistemiyle çalışan bir protez, ampütasyon geçiren kişilerin doğal bir şekilde yürümesine yardımcı oluyor

Son teknoloji protez uzuvlar, ampütasyonlu kişilerin doğal bir yürüyüşe kavuşmalarına yardımcı olabilir, ancak kullanıcıya uzuv üzerinde tam bir sinirsel kontrol sağlamaz. Bunun yerine, önceden tanımlanmış yürüyüş algoritmalarını kullanarak uzvu hareket ettiren robotik sensörlere ve kontrolörlere güvenirler.

MIT araştırmacıları, Brigham ve Kadın Hastanesi’ndeki meslektaşlarıyla iş birliği yaparak yeni bir cerrahi müdahale ve nöroprotez arayüzü kullanarak, vücudun kendi sinir sistemi tarafından tamamen yönlendirilen bir protez bacak kullanılarak doğal bir yürüyüşün elde edilebileceğini gösterdi. Cerrahi amputasyon prosedürü, kalan uzuvdaki kasları yeniden birleştirir ve bu da hastaların protez uzuvlarının uzayda nerede olduğuna dair “proprioseptif” geri bildirim almalarını sağlar.

MIT ekibi, bu ameliyatı geçiren yedi hasta üzerinde yaptıkları çalışmada, bu hastaların geleneksel ampütasyonu olan kişilere göre çok daha hızlı yürüyebildiklerini, engellerden kaçınabildiklerini ve merdivenleri çok daha doğal bir şekilde çıkabildiklerini buldu.

“Bu, biyomimetik bir yürüyüşün ortaya çıktığı, tam nöral modülasyon altında bir bacak protezini gösteren tarihteki ilk protez çalışmasıdır. Hiç kimse, insanın sinir sisteminin kontrol ettiği, doğal bir yürüyüş üreten bu düzeyde beyin kontrolünü gösteremedi. Medya sanatları ve bilimleri profesörü, MIT’deki K. Lisa Yang Biyonik Merkezi’nin eş yöneticisi ve MIT’nin McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü’nün ortak üyesi olan Hugh Herr, “hareket, robotik bir kontrol algoritması değil” diyor. yeni çalışmanın kıdemli yazarı.

Agonist-antagonist miyonöral arayüz (AMI) olarak bilinen bu ameliyatın ardından hastalar daha az ağrı ve daha az kas atrofisi yaşadılar. Kolu amputasyonlu kişilere de uygulanabilen bu ameliyat şu ana kadar dünya çapında 60’a yakın hastaya uygulandı.

MIT Medya Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırmacı olan Hyungeun Song, makalenin baş yazarıdır. Doğa Tıbbı.

Duyusal geribildirim

Uzuv hareketlerinin çoğu, sırayla gerilen ve kasılan kas çiftleri tarafından kontrol edilir. Geleneksel diz altı ampütasyonu sırasında, bu çift kasların etkileşimleri bozulur. Bu, sinir sisteminin bir kasın pozisyonunu ve ne kadar hızlı kasıldığını algılamasını çok zorlaştırır; beynin uzvu nasıl hareket ettireceğine karar vermesi için kritik olan duyusal bilgiler.

Bu tür ampütasyona sahip kişiler protez uzuvlarını kontrol etmekte zorluk yaşayabilirler çünkü uzvun uzayda nerede olduğunu tam olarak algılayamazlar. Bunun yerine protez uzvun içine yerleştirilmiş robotik kontrolörlere güveniyorlar. Bu uzuvlar aynı zamanda eğimleri ve engelleri tespit edip bunlara uyum sağlayabilen sensörler de içeriyor.

İnsanların tam sinir sistemi kontrolü altında doğal bir yürüyüşe kavuşmalarına yardımcı olmak için Herr ve meslektaşları birkaç yıl önce AMI ameliyatını geliştirmeye başladılar. Doğal agonist-antagonist kas etkileşimlerini kesmek yerine, kasların iki ucunu birbirine bağlayarak kalıntı uzuv içinde birbirleriyle dinamik olarak iletişim kurmalarını sağlıyorlar. Bu ameliyat birincil ampütasyon sırasında yapılabilir veya kaslar, revizyon prosedürünün bir parçası olarak ilk ampütasyondan sonra yeniden bağlanabilir.

Herr, “AMI amputasyon prosedüründe, mümkün olan en geniş ölçüde, doğal agonistleri doğal antagonistlere fizyolojik bir şekilde bağlamaya çalışıyoruz, böylece amputasyondan sonra kişi, fizyolojik propriosepsiyon seviyeleri ve hareket aralığı ile tam fantom uzvunu hareket ettirebiliyor” diyor.

2021’de yapılan bir çalışmada Herr’in laboratuvarı, bu ameliyatı geçiren hastaların ampute uzuvlarının kaslarını daha hassas bir şekilde kontrol edebildiklerini ve bu kasların sağlam uzuvdakilere benzer elektrik sinyalleri ürettiğini buldu.

Bu cesaret verici sonuçlardan sonra, araştırmacılar bu elektrik sinyallerinin bir protez uzuv için komutlar üretip üretemeyeceğini ve aynı zamanda kullanıcıya uzvun uzaydaki konumu hakkında geri bildirim verip veremeyeceğini araştırmaya koyuldular. Protez uzvu takan kişi daha sonra bu proprioseptif geri bildirimi kullanarak yürüyüşünü gerektiği gibi istemli olarak ayarlayabilirdi.

MIT ekibi yeni araştırmada, bu duyusal geri bildirimin gerçekten de yürüme ve engelleri aşma konusunda neredeyse doğal bir yeteneğe dönüştüğünü buldu.

“AMI nöroprostetik arayüzü sayesinde, mümkün olduğu kadar çok şeyi koruyarak bu nöral sinyali güçlendirmeyi başardık. Bu, bir kişinin farklı yürüme hızlarında, merdivenlerde, yokuşlarda tam yürüyüşü sürekli ve doğrudan kontrol etme nöral yeteneğini geri kazandırabildi. , hatta engellerin üzerinden geçiyoruz” diyor Song.

Doğal bir yürüyüş

Bu çalışma için araştırmacılar, AMI ameliyatı geçiren yedi kişiyi geleneksel diz altı ampütasyonları olan yedi kişiyle karşılaştırdılar.

Tüm denekler aynı tipte biyonik uzuv kullandı: güçlendirilmiş bir ayak bileği ve tibialis anterior gastroknemius kaslarından gelen elektromiyografi (EMG) sinyallerini algılayabilen elektrotlara sahip bir protez. Bu sinyaller, protezin ayak bileğini ne kadar bükeceğini, ne kadar tork uygulayacağını veya ne kadar güç vereceğini hesaplamasına yardımcı olan bir robotik kontrolöre iletilir.

Araştırmacılar denekleri birkaç farklı durumda test ettiler: 10 metrelik bir patikada düz bir zeminde yürüme, yokuş yukarı yürüme, rampa aşağı yürüme, merdiven inip çıkma ve engellerden kaçınarak düz bir yüzeyde yürüme.

Tüm bu görevlerde, AMI nöroprotez arayüzüne sahip kişiler daha hızlı yürüyebildiler -ampütasyonları olmayan kişilerle hemen hemen aynı hızda- ve engellerin etrafından daha kolay geçebildiler. Ayrıca, merdiven çıkarken veya bir engelin üzerinden atlarken protezin ayak parmaklarını yukarı doğru çevirmek gibi daha doğal hareketler gösterdiler ve protez uzuvlarının ve sağlam uzuvlarının hareketlerini daha iyi koordine edebildiler. Ayrıca, ampütasyonları olmayan biriyle aynı miktarda kuvvetle yerden itebildiler.

Herr, “AMI grubuyla birlikte doğal biyomimetik davranışların ortaya çıktığını gördük” diyor. “AMI’sı olmayan grup yürüyebiliyordu ancak protez hareketleri doğal değildi ve hareketleri genellikle daha yavaştı.”

Bu doğal davranışlar, AMI’nin sağladığı duyusal geri bildirim miktarının, ampütasyonu olmayan kişilerde normalde alınabilecek miktarın %20’sinden daha az olmasına rağmen ortaya çıktı.

Song, “Buradaki temel bulgulardan biri, kesilen uzvunuzdan gelen sinirsel geri bildirimde küçük bir artışın, insanların yürüme hızını doğrudan sinirsel olarak kontrol etmelerine, farklı arazilere uyum sağlamalarına ve engellerden kaçınmalarına olanak verecek noktaya kadar önemli biyonik sinirsel kontrol edilebilirliği geri kazandırabilmesidir” diyor.

Matthew şöyle diyor: “Bu çalışma, ciddi uzuv yaralanması olan hastalarda işlevin onarılması açısından nelerin mümkün olduğunu göstermemizde bir başka adımı temsil ediyor. Bunun gibi işbirlikçi çabalar sayesinde hasta bakımında dönüşümsel ilerleme kaydedebiliyoruz” diyor Brigham ve Kadın Hastanesi’nde cerrah ve Harvard Tıp Fakültesi’nde doçent olan Carty, aynı zamanda makalenin de yazarıdır.

Uzuv kullanan kişi tarafından sinirsel kontrolün sağlanması, Herr’in laboratuvarının, insanların giderek daha gelişmiş robotik kontrol cihazlarına ve sensörlere (güçlü ancak kullanıcının vücudunun bir parçası gibi hissettirmeyen araçlar) bağımlı hale gelmesi yerine “insan bedenlerini yeniden inşa etme” hedefine doğru atılmış bir adımdır.

Herr, “Bu uzun vadeli yaklaşımın sorunu, kullanıcının asla proteziyle vücut bulmuş hissetmemesidir. Protezi asla vücudunun bir parçası, kendisinin bir parçası olarak görmemesidir” diyor. “Benimsediğimiz yaklaşım, insan beynini elektromekaniğe kapsamlı bir şekilde bağlamaya çalışmak.”



Kaynak ve İleri Okuma: https://medicalxpress.com/news/2024-07-prosthesis-driven-nervous-people-amputation.html

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu