Prostesis tangan yang dikendalikan oleh pikiran mengembalikan 100 sensasi sentuhan yang realistis. (Terjemahan)

Kevin Walgamot memegang dan merasakan tangan istrinya lagi dengan lengan robot eksperimental. Foto: Jacob George et al., Dokter Laboratorium Greg Clark, Universitas Utah.

Ketika Kevin Walgamot mengulurkan tangan, dia memegang tangan istrinya, dan wajahnya tersenyum lebar. Untuk pertama kalinya dalam 14 tahun, ia bisa merasakan jari-jari lembutnya menempel erat ke telapak tangan prostesis.

David sedang menguji antarmuka baru yang menggabungkan gerakan dan sensasi dengan mulus. Apa tujuannya? Ini untuk menggantikan perasaan "asing" prostesis robot dengan sesuatu yang intuitif dan alami sebagai bagian dari dirinya sendiri.

Ditanamkan langsung ke saraf yang tersisa dari lengan Kevin yang hilang, antarmuka menerjemahkan pikiran menjadi sinyal listrik yang mengatur lengan robot yang tangkas bergerak.

Tapi bukan itu saja: ia juga menerima informasi dari sensor pada lengan robot dan mengirimkannya kembali ke otak melalui dua susunan listrik, kepadatan tinggi yang ditanamkan. Di otak, impuls listrik ditransformasikan menjadi perasaan tekanan, getaran dan gerakan - sensasi yang datang seolah-olah dari anggota tubuh sendiri yang hilang.

Lingkaran tertutup ini mulai dari pikiran ke gerakan dan kemudian ke umpan balik indera yang membuat perangkat ini istimewa.

“Orang sering menganggap sentuhan sebagai perasaan kesepian, tetapi pada kenyataannya itu juga termasuk indera lain, seperti tekanan, getaran, suhu, rasa sakit, dll. Resolusi tinggi dari perangkat kami memungkinkan Anda untuk mengaktifkan subclass kontak ini secara terpisah (yaitu, tekanan tanpa getaran dan rasa sakit) di bagian tertentu dari tangan. ”Ucap Jacob George , yang membantu mengembangkan antarmuka di University of Utah .

Tidak seperti antarmuka generasi sebelumnya yang hanya menyampaikan sekitar 20 sensasi - misalnya, peserta hanya dapat merasakan tekanan, sistem baru mengembalikan 100 sensasi unik dengan perbedaan halus.

Dan itu membuat antarmuka sangat berbeda.

George menjelaskan: “Anggota kami mengendalikan gigi palsu dengan pemikiran sebelumnya. Mereka juga merasakan sensasi tangan mereka yang hilang sebelumnya. Tetapi menggabungkan kedua pendekatan, menambahkan umpan balik adalah pengalaman yang sama sekali berbeda. Tiba-tiba, tangan itu menjadi hidup kembali. ”

Masalah Prostetik

Video
Para peneliti di Universitas Utah sedang mengembangkan lengan robot eksperimental yang dikendalikan oleh merasakan impuls saraf.

Kevin adalah satu dari 1,6 juta orang di Amerika Serikat yang mengalami amputasi.

“Setelah kehilangan anggota tubuh, Anda tidak hanya secara fisik kehilangan sebagian dari diri Anda, Anda juga kehilangan bagian dari komponen spiritual,” kata George.

Depresi dan kecemasan muncul. Beberapa pasien bahkan mengalami sakit hantu, sensasi terbakar yang tampaknya berasal dari anggota badan mereka yang diamputasi, dan tidak menanggapi obat penghilang rasa sakit konvensional.

"Peserta kami menggambarkan kehilangan tangan sebagai kehilangan anggota keluarga yang harus mereka tanggung setiap hari," kata George.

"Binatang buas emosional" inilah yang sangat sulit dijinakkan. Salah satu alasannya adalah prostesis modern tidak terasa benar. Para ilmuwan telah berhasil menciptakan prostesis fleksibel yang mengembalikan beberapa fungsi normal. Perangkat ini biasanya mendeteksi sinyal listrik dari otot-otot di atas situs amputasi menggunakan elektroda permukaan - pendekatan non-invasif, tetapi bertindak kurang selektif pada serabut saraf individu.

"Secara kiasan, sama sulitnya untuk melakukan percakapan pribadi dengan seseorang di dalam stadion sepak bola jika Anda berteriak di luar," kata George.

Prostesis selanjutnya dihubungkan langsung ke sumber: korteks motorik otak pasien atau sisa sarafnya di tunggul. Saraf-saraf ini menyampaikan niat otak untuk beralih ke anggota tubuh yang diamputasi; sinyal-sinyal ini dapat didekodekan untuk menggerakkan lengan prostetik.

Dibandingkan dengan otak, saraf tangan jauh lebih aman untuk ditanamkan. Sinyal mereka juga lebih mudah dipahami - satu neuron memberi sinyal, satu otot berkedut. Alih-alih mencoba mengidentifikasi sinyal di antara hiruk-pikuk korteks serebral, lebih masuk akal untuk bertindak di bagian hilir sinyal.

Namun, terlepas dari teknologi luar biasa yang memungkinkan pasien mengontrol lengan robot dengan pikiran mereka, perangkat ini masih memiliki masalah.

Tanpa umpan balik indera yang biasanya kita dapatkan, pasien tidak dapat memperbaiki cengkeramannya. Alih-alih mencubit anggur, mereka malah mengubahnya menjadi bubur. Itu tidak intuitif dan tidak mengecewakan.

“Akibatnya, hampir 50 persen pasien menolak prostesis. Kami ingin mengembalikan pengalaman penuh menggunakan tangan, ”kata George.


Roboruk memungkinkan Kevin untuk kembali merasakan benda-benda itu, ia mampu mengambil anggur tanpa menghancurkan buah beri. (Universitas Negeri Utah)

Keputusan Utah

Para peneliti di Universitas Utah telah mengembangkan teknologi yang memungkinkan pengguna merasakan benda dengan lengan robot. Dalam satu percobaan, mereka dapat membedakan antara spons lembut dan plastik keras.

Pekerjaan sistem baru terdiri dari dua bagian: pertama, ia mengambil sinyal dari otak melalui dua susunan mikroelektrik hingga sepersekian sen yang ukurannya ditanamkan ke dalam saraf sisa pasien yang merangsang lengan. Pada saat yang sama, bagian lain dari elektroda mengambil sinyal dari sisa otot.

"Setelah implantasi, kita harus membuat peta sensasi apa yang mungkin terjadi, dan ini adalah individu untuk setiap pasien," kata George.

Kami dengan hati-hati merangsang masing-masing elektroda dari array, total ada 192, dan kami meminta Kevin untuk mengatakan di mana dia merasakan sensasi dan bagaimana itu.

Misalnya, elektroda 64 dikaitkan dengan sensasi tekanan pada ujung jari. Tim mengaktifkan sensor tekanan pada ibu jari prostesis, sehingga berperilaku seperti lengan biologis.

Segera setelah kami menyelesaikan pemetaan, seluruh proses penerjemahan otomatis. Kevin secara intuitif dapat menggerakkan lengan palsu, seolah-olah mengendalikan tangannya sendiri.

Ketika prostesis melakukan kontak, tim menstimulasi elektroda yang sesuai untuk memberikan umpan balik kepada pasien. Untuk ujung jari, ini adalah elektroda 64. Semakin kuat tekanan, semakin kuat sinyalnya. Intinya, array elektroda pada dasarnya menggantikan ujung saraf yang hilang yang biasanya menggairahkan lengan.
Dengan demikian, ketika ibu jari prostesis menyentuh buah anggur, Kevin merasakan sentuhan.

Peningkatan fungsional sangat besar. Dalam satu tes, di mana Kevin diminta untuk bergerak di sekitar "telur mekanis" yang merasakan tekanan, ia berhasil tanpa melanggar perbatasan dan menunjukkan hasilnya 21% lebih baik ketika umpan balik sensorik dihidupkan.

Seluruh aku

Tetapi mungkin keuntungan terbesar adalah emosi.

Dalam satu video, seorang mantan anggota diminta untuk menyentuh pintu virtual menggunakan prosthesis komputer. Simulasi itu kartun dan kasar, tetapi itu tidak masalah bagi pasien.

Tiba di pintu, dia mendesah keras, “Ya Tuhan. Saya merasakan pintu! ” - dan berseru, terengah-engah: "Tuhan! Ini sangat keren! "

“Bukan karena partisipan merasakan sentuhan dengan tangannya yang absen, faktanya dia merasakan pintu untuk pertama kalinya dalam 24 tahun berinteraksi dengan lingkungan,” George menjelaskan.

Perasaan ini adalah perwujudan dari apa yang sebelumnya tidak ada dalam prosthetics.

Pengalaman Kevin juga tidak berbahaya. Setelah pelatihan dengan prosthesis tangan yang dicetak pada printer 3D, dia ditanya apa yang ingin dia lakukan?

"Aku ingin meremas tanganku bersama-sama," katanya, melipat tangan yang tersisa menjadi kepalan longgar, dengan hati-hati, berulang kali menekankannya ke prosthesis, seolah memijat buku-buku jarinya setelah hari yang panjang.

“Awalnya, prostesis itu hanya alat untuk membantunya dengan kegiatan dalam kehidupan sehari-hari, tapi sekarang, ini yang berperilaku seperti tangannya sendiri.
Ini bukan hanya tentang peningkatan ketangkasan atau peningkatan sensitivitas, tetapi juga tentang perasaan bersatu lagi, "George.

Tim ini sekarang dengan antusias mengerjakan versi nirkabel di rumah dari sistemnya untuk digunakan pasien dalam kehidupan sehari-hari. Tanpa kabel, kemungkinan infeksi dan kerusakan Anda akan berkurang. Diharapkan juga bahwa manfaat ini akan ditingkatkan dengan peningkatan praktik dan penggunaan berkelanjutan.

Setelah menguji antarmuka saat ini dengan tujuh pasien, tim merasa percaya diri. Mereka mengatakan akan membuat versi nirkabel, siap untuk pengujian manusia dalam waktu sekitar satu tahun.

"Pada akhirnya, seperti yang dikatakan salah satu pasien kami, itu akan terlihat persis seperti tangan Luke Skywalker, maka semua orang akan menginginkan prostesis seperti itu," simpul George dengan senyum lebar.


Tangan Luke, prostesis robot yang diciptakan oleh DEKA dan dinamai Luke Skywalker, protagonis film Star Wars yang mengenakan prostesis.

aslinya

Jika Anda ingin bergabung dengan pengembangan atau Anda memiliki ide tentang mekanisme, desain, desain prostesis, pengalaman penggunaan, kami mengundang Anda ke obrolan kerja kami. Kami melanjutkan diskusi dalam format dialog.