Άνθρωποι με ακρωτηριασμό μπορούν να κουνήσουν με το μυαλό τους τα πρόσθετα μέλη τους
Μια νέα τεχνολογία που αναπτύχθηκε στις ΗΠΑ και διασυνδέει τα εναπομένοντα νεύρα με ένα προσθετικό ρομποτικό χέρι, επιτρέπει στους ακρωτηριασμένους ασθενείς να ελέγχουν με το νου τους και να κουνάνε σε πραγματικό χρόνο τα τεχνητά δάχτυλα τους με μεγάλη ταχύτητα, ακρίβεια και πολυπλοκότητα.
Πρόκειται για ένα σημαντικό βήμα προόδου στο πεδίο της ελεγχόμενης από το νου νευροπροσθετικής. Η νέα διεπαφή εγκεφάλου-μηχανής αξιοποιεί τα αχνά λανθάνοντα σήματα από τα νεύρα του μπράτσου του ασθενούς και τα ενισχύει, ώστε να μεταδώσει -με τη βοήθεια αλγόριθμων τεχνητής νοημοσύνης (μηχανικής μάθησης)- την κίνηση στο τεχνητό χέρι, με την ονομασία Mobius Bionics Luke, επιτυγχάνοντας έλεγχο ακριβείας στα δάχτυλα.
Οι ερευνητές της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν, με επικεφαλής τον καθηγητή πλαστικής χειρουργικής Πολ Σεντέρνα, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο αμερικανικό ιατρικό περιοδικό «Science Translational Medicine». H έρευνα χρηματοδοτήθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας των ΗΠΑ και την Υπηρεσία Προωθημένων Αμυντικών Ερευνητικών Προγραμμάτων (DARPA) του αμερικανικού Πενταγώνου.
«Είναι η μεγαλύτερη πρόοδος εδώ και πολλά χρόνια στον έλεγχο της κίνησης για ανθρώπους με ακρωτηριασμούς. Αναπτύξαμε μια τεχνική που παρέχει εξατομικευμένο έλεγχο των δαχτύλων της προσθετικής συσκευής, χρησιμοποιώντας τα νεύρα στο εναπομένον άκρο του ασθενούς. Επιτύχαμε έτσι τον πιο προωθημένο έλεγχο προσθετικού άκρου που έχει υπάρξει στον κόσμο», δήλωσε ο Σεντέρνα.
«Μπορεί να κάνει κανείς πολλά πράγματα με ένα προσθετικό χέρι, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι το ελέγχει πραγματικά με το νου του. Αυτό που κάνει τη διαφορά και το προσφέρει η δική μας προσέγγιση, είναι ότι ο ασθενής πετυχαίνει τον έλεγχο με την πρώτη φορά και απλώς με το να σκέφτεται την κίνηση που θέλει να κάνει. Δεν έχουν κάτι να μάθουν οι ασθενείς, όλη τη μάθηση την αναλαμβάνουν οι αλγόριθμοι μας. Αυτό είναι κάτι διαφορετικό από τις άλλες μεθόδους», δήλωσε η αναπληρώτρια καθηγήτρια βιοϊατρικής μηχανικής Σίντι Τσέστεκ του Κολλεγίου Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν.
Η νέα τεχνολογία, που δοκιμάστηκε σε τέσσερις ακρωτηριασμένους ασθενείς, τους επέτρεψε να κάνουν δύσκολα πράγματα με το τεχνητό χέρι τους, όπως να πιάνουν αντικείμενα με πένσα, να σηκώνουν μικρά σφαιρικά αντικείμενα, ακόμη και να παίζουν «πέτρα-ψαλίδι-χαρτί». «Είναι σαν έχεις ξανά το χέρι σου. Μπορείς να κάνεις σχεδόν ο,τιδήποτε έκανες με ένα πραγματικό χέρι, πράγμα που σου ξαναδίνει ένα αίσθημα κανονικότητας», δήλωσε ένας από τους συμμετέχοντες, ο Τζόε Χάμιλτον, ο οποίος είχε χάσει το χέρι του σε ατύχημα με πυροτεχνήματα το 2013.
Μια κεντρική δυσκολία στις διεπαφές μηχανής-εγκεφάλου είναι να υπάρξει ένα ισχυρό και σταθερό σήμα από τα νεύρα προς το βιονικό άκρο. Αυτό το πετυχαίνει η νέα μέθοδος, τυλίγοντας μικροσκοπικά μυϊκά μοσχεύματα γύρω από τις απολήξεις των νεύρων στο εναπομένον τμήμα του άνω άκρου. Αυτές οι λεγόμενες «αναγεννητικές περιφερειακές νευρικές διεπαφές» αναγεννούν και αναπτύσσουν νέα νεύρα και αιμοφόρα αγγεία μέσα σε τρεις μήνες.
Παρέχουν έτσι στα κομμένα νεύρα νέο ιστό, προσδίδοντας σε αυτά ένα «μεγάφωνο» που ενισχύει το νευρικό σήμα. Ηλεκτρόδια που είναι ενσωματωμένα σε αυτά τα μοσχεύματα, καταγράφουν τα νευρικά σήματα και τα περνάνε στο προσθετικό χέρι σε πραγματικό χρόνο. Ειδικοί αλγόριθμοι αναλαμβάνουν να «μεταφράσουν» τα νευρικά σήματα σε πρόθεση για συγκεκριμένες κινήσεις των δαχτύλων.
Εκτός από τη μεγαλύτερη ακρίβεια κινήσεων, η νέα διεπαφή είναι πιο ανθεκτική από κάθε άλλη παρόμοια, καθώς αντέχει για σχεδόν ένα χρόνο χωρίς καμία προσαρμογή.
Πρόκειται για ένα σημαντικό βήμα προόδου στο πεδίο της ελεγχόμενης από το νου νευροπροσθετικής. Η νέα διεπαφή εγκεφάλου-μηχανής αξιοποιεί τα αχνά λανθάνοντα σήματα από τα νεύρα του μπράτσου του ασθενούς και τα ενισχύει, ώστε να μεταδώσει -με τη βοήθεια αλγόριθμων τεχνητής νοημοσύνης (μηχανικής μάθησης)- την κίνηση στο τεχνητό χέρι, με την ονομασία Mobius Bionics Luke, επιτυγχάνοντας έλεγχο ακριβείας στα δάχτυλα.
Οι ερευνητές της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν, με επικεφαλής τον καθηγητή πλαστικής χειρουργικής Πολ Σεντέρνα, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο αμερικανικό ιατρικό περιοδικό «Science Translational Medicine». H έρευνα χρηματοδοτήθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας των ΗΠΑ και την Υπηρεσία Προωθημένων Αμυντικών Ερευνητικών Προγραμμάτων (DARPA) του αμερικανικού Πενταγώνου.
«Είναι η μεγαλύτερη πρόοδος εδώ και πολλά χρόνια στον έλεγχο της κίνησης για ανθρώπους με ακρωτηριασμούς. Αναπτύξαμε μια τεχνική που παρέχει εξατομικευμένο έλεγχο των δαχτύλων της προσθετικής συσκευής, χρησιμοποιώντας τα νεύρα στο εναπομένον άκρο του ασθενούς. Επιτύχαμε έτσι τον πιο προωθημένο έλεγχο προσθετικού άκρου που έχει υπάρξει στον κόσμο», δήλωσε ο Σεντέρνα.
«Μπορεί να κάνει κανείς πολλά πράγματα με ένα προσθετικό χέρι, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι το ελέγχει πραγματικά με το νου του. Αυτό που κάνει τη διαφορά και το προσφέρει η δική μας προσέγγιση, είναι ότι ο ασθενής πετυχαίνει τον έλεγχο με την πρώτη φορά και απλώς με το να σκέφτεται την κίνηση που θέλει να κάνει. Δεν έχουν κάτι να μάθουν οι ασθενείς, όλη τη μάθηση την αναλαμβάνουν οι αλγόριθμοι μας. Αυτό είναι κάτι διαφορετικό από τις άλλες μεθόδους», δήλωσε η αναπληρώτρια καθηγήτρια βιοϊατρικής μηχανικής Σίντι Τσέστεκ του Κολλεγίου Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν.
Η νέα τεχνολογία, που δοκιμάστηκε σε τέσσερις ακρωτηριασμένους ασθενείς, τους επέτρεψε να κάνουν δύσκολα πράγματα με το τεχνητό χέρι τους, όπως να πιάνουν αντικείμενα με πένσα, να σηκώνουν μικρά σφαιρικά αντικείμενα, ακόμη και να παίζουν «πέτρα-ψαλίδι-χαρτί». «Είναι σαν έχεις ξανά το χέρι σου. Μπορείς να κάνεις σχεδόν ο,τιδήποτε έκανες με ένα πραγματικό χέρι, πράγμα που σου ξαναδίνει ένα αίσθημα κανονικότητας», δήλωσε ένας από τους συμμετέχοντες, ο Τζόε Χάμιλτον, ο οποίος είχε χάσει το χέρι του σε ατύχημα με πυροτεχνήματα το 2013.
Μια κεντρική δυσκολία στις διεπαφές μηχανής-εγκεφάλου είναι να υπάρξει ένα ισχυρό και σταθερό σήμα από τα νεύρα προς το βιονικό άκρο. Αυτό το πετυχαίνει η νέα μέθοδος, τυλίγοντας μικροσκοπικά μυϊκά μοσχεύματα γύρω από τις απολήξεις των νεύρων στο εναπομένον τμήμα του άνω άκρου. Αυτές οι λεγόμενες «αναγεννητικές περιφερειακές νευρικές διεπαφές» αναγεννούν και αναπτύσσουν νέα νεύρα και αιμοφόρα αγγεία μέσα σε τρεις μήνες.
Παρέχουν έτσι στα κομμένα νεύρα νέο ιστό, προσδίδοντας σε αυτά ένα «μεγάφωνο» που ενισχύει το νευρικό σήμα. Ηλεκτρόδια που είναι ενσωματωμένα σε αυτά τα μοσχεύματα, καταγράφουν τα νευρικά σήματα και τα περνάνε στο προσθετικό χέρι σε πραγματικό χρόνο. Ειδικοί αλγόριθμοι αναλαμβάνουν να «μεταφράσουν» τα νευρικά σήματα σε πρόθεση για συγκεκριμένες κινήσεις των δαχτύλων.
Εκτός από τη μεγαλύτερη ακρίβεια κινήσεων, η νέα διεπαφή είναι πιο ανθεκτική από κάθε άλλη παρόμοια, καθώς αντέχει για σχεδόν ένα χρόνο χωρίς καμία προσαρμογή.
