Kevin Walgamot tient et sent à nouveau la main de sa femme avec un bras robotique expérimental. Photographie: Jacob George et al., Docteur en laboratoire Greg Clark, Université de l'Utah.Lorsque Kevin Walgamot a tendu la main, il a pris sa femme par la main et son visage a éclaté en un immense sourire. Pour la première fois en 14 ans, il pouvait sentir ses doigts doux fermement pressés contre la paume de la prothèse.
David teste une nouvelle interface qui combine harmonieusement mouvement et sensation. Quel est le but? Il s'agit de remplacer le sentiment «d'étrangeté» de la prothèse robotique par quelque chose d'intuitif et naturel comme faisant partie d'elle-même.
Implantée directement dans les nerfs restants de l'avant-bras perdu de Kevin, l'interface traduit les pensées en signaux électriques qui mettent en mouvement le bras robotique habile.
Mais ce n'est pas tout: il reçoit également des informations de capteurs sur un bras robotique et les renvoie au cerveau via deux réseaux électriques implantés à haute densité. Dans le cerveau, les impulsions électriques se transforment en une sensation de pression, de vibration et de mouvement - des sensations qui viennent comme si d'un membre manquait.
C'est cette boucle fermée de la pensée au mouvement puis à la rétroaction sensorielle qui rend l'appareil spécial.
«Les gens pensent souvent que le toucher est une sensation de solitude, mais en réalité, il inclut également d'autres sens, tels que la pression, les vibrations, la température, la douleur, etc. La haute résolution de notre appareil vous permet d'activer ces sous-classes de contact de manière isolée (c'est-à-dire une pression sans vibration ni douleur) dans une partie spécifique de la main. », Déclare
Jacob George , qui a aidé à développer l'interface à l'
Université de l'Utah .
Contrairement aux générations précédentes d'interfaces qui ne transmettent qu'environ 20 sensations - par exemple, les participants ne peuvent ressentir que de la pression, le nouveau système restaure 100 sensations uniques avec des différences subtiles.
Et cela rend l'interface radicalement différente.
George explique: «Nos membres contrôlaient les prothèses dentaires avec la pensée avant cela. Ils ont également ressenti la sensation de leur main manquante auparavant. Mais en combinant les deux approches, l'ajout de commentaires est une expérience complètement différente. Soudain, la main redevient vivante. »
Problèmes de prothèses
VidéoDes chercheurs de l'Université de l'Utah mettent au point un bras robotique expérimental contrôlé par la détection des influx nerveux.Kevin fait partie des 1,6 million de personnes aux États-Unis qui ont subi une amputation.
«Après avoir perdu un membre, vous perdez non seulement physiquement une partie de vous-même, vous perdez également une partie de la composante spirituelle», explique George.
La dépression et l'anxiété apparaissent. Certains patients éprouvent même des douleurs fantômes, une sensation de brûlure qui semblerait provenir de leurs membres amputés et ne répondent pas aux analgésiques conventionnels.
«Nos participants ont décrit la perte de mains comme la perte d'un membre de la famille qu'ils doivent endurer chaque jour», a déclaré George.
C'est cette «bête émotionnelle» qui est extrêmement difficile à apprivoiser. L'une des raisons est que les prothèses modernes ne se sentent pas bien. Les scientifiques ont déjà réussi à créer des prothèses souples qui rétablissent certaines fonctions normales. Ces appareils détectent généralement les signaux électriques des muscles au-dessus du site d'amputation à l'aide d'électrodes de surface - une approche non invasive, mais il agit de manière moins sélective sur les fibres nerveuses individuelles.
"Au sens figuré, il est tout aussi difficile d'avoir une conversation privée avec quelqu'un à l'intérieur d'un stade de football si vous criez dehors", a déclaré George.
Les prothèses ultérieures sont directement connectées à la source: le cortex moteur du cerveau du patient ou ses nerfs restants dans le moignon. Ces nerfs traduisent l'intention du cerveau de passer à un membre amputé; ces signaux peuvent être décodés pour déplacer le bras prothétique.
Par rapport au cerveau, les nerfs de la main sont beaucoup plus sûrs pour l'implantation. Leurs signaux sont également plus faciles à comprendre - un neurone donne un signal, un muscle se contracte. Au lieu d'essayer d'identifier un signal parmi la cacophonie du cortex cérébral, il est plus logique d'agir en aval du signal.
Cependant, malgré la technologie étonnante qui permet aux patients de contrôler un bras robotique avec leurs pensées, ces appareils ont encore des problèmes.
Sans la rétroaction sensorielle que nous obtenons habituellement, les patients ne peuvent pas affiner l'adhérence. Au lieu de pincer les raisins, ils finissent par le transformer en bouillie. Ce n'est pas intuitif et décevant.
«En conséquence, près de 50% des patients refusent les prothèses. Nous voulons restaurer l'expérience complète de l'utilisation de la main », explique George.
Roboruk permet à Kevin de ressentir à nouveau les objets, il a pu prendre des raisins sans écraser les baies. (Université d'État de l'Utah)Décision de l'Utah
Des chercheurs de l'Université de l'Utah ont développé une technologie qui permet aux utilisateurs de détecter des objets avec un bras robotisé. Dans une expérience, ils ont pu distinguer une éponge douce et un plastique dur.
Le travail du nouveau système se compose de deux parties: premièrement, il capte les signaux du cerveau à travers deux réseaux microélectroniques à une fraction de centime dont la taille est implantée dans les nerfs résiduels du patient qui excitent le bras. Dans le même temps, une autre partie des électrodes capte les signaux des muscles résiduels.
"Après l'implantation, nous devons créer une carte des sensations possibles, et cela est individuel pour chaque patient", explique George.
Nous avons soigneusement stimulé chacune des électrodes du réseau, au total il y en avait 192, et nous avons demandé à Kevin de dire où il ressentait les sensations et comment c'était.
Par exemple, l'électrode 64 était associée à une sensation de pression sur le bout du doigt. L'équipe active le capteur de pression sur le pouce de la prothèse, afin qu'il se comporte comme un bras biologique.
Dès que nous avons terminé le mappage, l'ensemble du processus de traduction est automatique. Kevin peut déplacer intuitivement le bras prothétique, comme s'il contrôlait sa propre main.
Lorsque la prothèse entre en contact, l'équipe stimule l'électrode appropriée pour fournir une rétroaction au patient. Pour le bout du doigt, il s'agit de l'électrode 64. Plus la pression est forte, plus le signal est fort. Essentiellement, les réseaux d'électrodes remplacent essentiellement les terminaisons nerveuses perdues qui excitent généralement le bras.
Ainsi, lorsque le pouce de la prothèse touche les raisins, Kevin sent un contact.
Les améliorations fonctionnelles étaient énormes. Dans un test, où Kevin a été invité à se déplacer autour d'un «œuf mécanique» qui ressent la pression, il a réussi sans casser la frontière et a montré un résultat 21% meilleur lorsque la rétroaction sensorielle était activée.
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Mais le plus grand avantage est peut-être l'émotivité.
Dans une
vidéo, un ancien membre a été invité à toucher une porte virtuelle à l'aide d'une prothèse d'ordinateur. La simulation était une caricature et grossière, mais cela n'avait pas d'importance pour le patient.
Tendant la main vers la porte, il soupira à haute voix: «Oh mon Dieu. Je sens la porte! » - et s'écria, haletant: «Dieu! C'est tellement cool! "
«Ce n'est pas que le participant ait ressenti le contact avec sa main absente, le fait est qu'il a senti la porte pour la première fois en 24 ans d'interaction avec l'environnement», explique George.
Ce sentiment est l'incarnation de ce qui était auparavant absent dans les prothèses.
L'expérience de Kevin n'était pas moins insidieuse. Après un entraînement avec une prothèse de main imprimée sur une imprimante 3D, on lui a demandé ce qu'il aimerait faire?
«Je veux serrer mes mains ensemble», a-t-il dit, en pliant sa main restante dans un poing lâche, en appuyant soigneusement et à plusieurs reprises sur la prothèse, comme s'il massait ses articulations après une longue journée.
«Au départ, la prothèse n'était qu'un outil pour l'aider dans ses activités de la vie quotidienne, mais maintenant, c'est ce qui se comporte comme sa propre main.
Il ne s'agit pas seulement d'améliorer la dextérité ou la sensibilité, mais aussi de se sentir à nouveau unis », George.
L'équipe travaille maintenant avec enthousiasme sur une version domestique sans fil de son système pour les patients à utiliser dans la vie quotidienne. Sans fils, vous devriez avoir moins de risques d'infection et de panne. On s'attend également à ce que ces avantages soient améliorés par une pratique accrue et une utilisation continue.
Ayant déjà testé l'interface actuelle avec sept patients, l'équipe se sent confiante. Ils disent qu'ils feront une version sans fil, prête pour les tests humains dans environ un an.
"En fin de compte, comme l'un de nos patients l'a dit, cela ressemblera exactement au bras de Luke Skywalker, alors tout le monde voudra une telle prothèse", conclut George avec un large sourire.
La main de Luke, une prothèse robotique créée par DEKA et nommée d'après Luke Skywalker, le protagoniste du film Star Wars portant une prothèse.l'originalSi vous souhaitez participer au développement ou si vous avez des idées sur le mécanisme, la conception, la conception de la prothèse, l'expérience d'utilisation, nous vous invitons à notre
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