A prótese de mão controlada por pensamento restaura 100 sensações táteis realistas. (Tradução)

Kevin Walgamot segura e sente a mão de sua esposa novamente com um braço robótico experimental. Fotografia: Jacob George e outros, doutor do laboratório Greg Clark, Universidade de Utah.

Quando Kevin Walgamot estendeu a mão, ele pegou a esposa pela mão e seu rosto se abriu em um sorriso enorme. Pela primeira vez em 14 anos, ele pôde sentir os dedos macios dela pressionados firmemente na palma da prótese.

David está testando uma nova interface que combina perfeitamente movimento e sensação. Qual é o propósito? É substituir o sentimento de “estranheza” da prótese robótica por algo intuitivo e natural como parte de si mesmo.

Implantada diretamente nos nervos remanescentes do antebraço perdido de Kevin, a interface traduz pensamentos em sinais elétricos que colocam em movimento o braço robótico hábil.

Mas isso não é tudo: ele também recebe informações de sensores em um braço robótico e as envia de volta ao cérebro por meio de duas matrizes elétricas implantadas de alta densidade. No cérebro, os impulsos elétricos são transformados em uma sensação de pressão, vibração e movimento - sensações que surgem como se fossem do próprio membro que faltava.

É esse ciclo fechado do pensamento ao movimento e depois ao feedback sensorial que torna o dispositivo especial.

“As pessoas costumam pensar no toque como um sentimento solitário, mas, na realidade, também inclui outros sentidos, como pressão, vibração, temperatura, dor, etc. A alta resolução do nosso dispositivo permite ativar essas subclasses de contato isoladamente (isto é, pressão sem vibração e dor) em uma parte específica da mão. ”Diz Jacob George , que ajudou a desenvolver a interface na Universidade de Utah .

Diferentemente das gerações anteriores de interfaces que transmitem apenas cerca de 20 sensações - por exemplo, os participantes só podem sentir pressão, o novo sistema restaura 100 sensações únicas com diferenças sutis.

E isso torna a interface radicalmente diferente.

George explica: “Nossos membros controlavam as dentaduras com o pensamento anterior. Eles também sentiram a sensação da mão que faltavam antes. Mas, combinando as duas abordagens, adicionar feedback é uma experiência completamente diferente. De repente, a mão fica viva novamente.

Problemas protéticos

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Pesquisadores da Universidade de Utah estão desenvolvendo um braço robótico experimental que é controlado pela detecção de impulsos nervosos.

Kevin é uma das 1,6 milhão de pessoas nos Estados Unidos que sofreram amputação.

"Tendo perdido um membro, você não apenas perde fisicamente uma parte de si mesmo, mas também parte do componente espiritual", diz George.

Depressão e ansiedade aparecem. Alguns pacientes até experimentam dores fantasmas, uma sensação de queimação que parece vir de seus membros amputados e não respondem aos analgésicos convencionais.

"Nossos participantes descreveram a perda de mãos como a perda de um membro da família que eles precisam suportar todos os dias", disse George.

É esse "animal emocional" que é extremamente difícil de domar. Uma razão é que as próteses modernas simplesmente não parecem certas. Os cientistas já conseguiram criar próteses flexíveis que restauram algumas funções normais. Esses dispositivos normalmente detectam sinais elétricos dos músculos acima do local da amputação usando eletrodos de superfície - uma abordagem não invasiva, mas atuam menos seletivamente nas fibras nervosas individuais.

"Figurativamente falando, é tão difícil ter uma conversa particular com alguém dentro de um estádio de futebol se você gritar lá fora", disse George.

Próteses posteriores são conectadas diretamente à fonte: o córtex motor do cérebro do paciente ou seus nervos restantes no coto. Esses nervos transmitem a intenção do cérebro de mudar para um membro amputado; esses sinais podem ser decodificados para mover o braço protético.

Comparado ao cérebro, os nervos das mãos são muito mais seguros para implantação. Seus sinais também são mais fáceis de entender - um neurônio dá um sinal, um músculo se contrai. Em vez de tentar identificar um sinal entre a cacofonia do córtex cerebral, faz mais sentido agir a jusante do sinal.

No entanto, apesar da incrível tecnologia que permite que os pacientes controlem um braço robótico com seus pensamentos, esses dispositivos ainda têm problemas.

Sem o feedback sensorial que normalmente recebemos, os pacientes não conseguem ajustar a aderência. Em vez de beliscar uvas, acabam transformando-a em mingau. Não é intuitivo e decepcionante.

“Como resultado, quase 50% dos pacientes recusam próteses. Queremos restaurar a experiência completa do uso da mão ”, diz George.


Roboruk permite que Kevin sinta novamente os objetos, ele foi capaz de colher uvas sem esmagar frutas. (Universidade Estadual de Utah)

Decisão de Utah

Pesquisadores da Universidade de Utah desenvolveram uma tecnologia que permite aos usuários detectar objetos com um braço robótico. Em um experimento, eles foram capazes de distinguir entre uma esponja macia e plástico duro.

O trabalho do novo sistema consiste em duas partes: em primeiro lugar, capta sinais do cérebro através de dois arranjos microeletrônicos até uma fração de um centavo do tamanho dos quais são implantados nos nervos residuais do paciente que excitam o braço. Ao mesmo tempo, outra parte dos eletrodos capta sinais dos músculos residuais.

"Após a implantação, precisamos criar um mapa de quais sensações são possíveis, e isso é individual para cada paciente", diz George.

Estimulamos cuidadosamente cada um dos eletrodos da matriz, no total havia 192, e pedimos a Kevin para dizer onde ele sentia as sensações e como elas eram.

Por exemplo, o eletrodo 64 foi associado a uma sensação de pressão na ponta do dedo. A equipe ativa o sensor de pressão no polegar da prótese, para que ele se comporte como um braço biológico.

Assim que concluirmos o mapeamento, todo o processo de tradução será automático. Kevin pode mover intuitivamente o braço protético, como se estivesse controlando sua própria mão.

Quando a prótese entra em contato, a equipe estimula o eletrodo apropriado para fornecer feedback ao paciente. Para a ponta do dedo, esse é o eletrodo 64. Quanto mais forte a pressão, mais forte o sinal. Em essência, os arranjos de eletrodos substituem essencialmente as terminações nervosas perdidas que geralmente excitam o braço.
Assim, quando o polegar da prótese toca as uvas, Kevin sente um toque.

As melhorias funcionais foram enormes. Em um teste, onde foi solicitado a Kevin que se movesse em torno de um "ovo mecânico" que sente pressão, ele conseguiu sem romper a fronteira e mostrou o resultado 21% melhor quando o feedback sensorial foi ativado.

Eu inteiro

Mas talvez a maior vantagem seja a emocionalidade.

Em um vídeo, um ex-membro foi convidado a tocar uma porta virtual usando uma prótese de computador. A simulação era de desenho animado e grosseira, mas não importava para o paciente.

Chegando à porta, ele suspirou alto: “Oh meu Deus. Eu sinto a porta! - e exclamou ofegante: “Deus! Isso é tão legal! ”

"Não é que o participante tenha sentido o toque com a mão ausente, o fato é que ele sentiu a porta pela primeira vez em 24 anos de interação com o meio ambiente", explica George.

Esse sentimento é a personificação do que antes estava ausente nas próteses.

A experiência de Kevin não foi menos insidiosa. Após o treinamento com uma prótese de mão impressa em uma impressora 3D, ele foi questionado sobre o que gostaria de fazer.

"Quero apertar minhas mãos", disse ele, dobrando a mão restante em um punho solto, cuidadosamente, pressionando-a repetidamente na prótese, como se estivesse massageando os nós dos dedos depois de um longo dia.

“Inicialmente, a prótese era apenas uma ferramenta para ajudá-lo nas atividades da vida cotidiana, mas agora é isso que se comporta como sua própria mão.
Não se trata apenas de destreza aprimorada ou sensibilidade aprimorada, mas também de se sentir unido novamente ", George.

Agora, a equipe está trabalhando com entusiasmo em uma versão doméstica sem fio de seu sistema para uso dos pacientes na vida cotidiana. Sem fios, você deve ter menos chance de infecção e avaria. Também é esperado que esses benefícios sejam aprimorados com o aumento da prática e o uso contínuo.

Tendo testado a interface atual com sete pacientes, a equipe se sente confiante. Eles dizem que farão uma versão sem fio, pronta para testes em humanos em cerca de um ano.

“No final das contas, como um de nossos pacientes disse, ele se parecerá exatamente com a mão de Luke Skywalker e todos quererão uma prótese”, conclui George com um sorriso largo.


A mão de Luke, uma prótese robótica criada por DEKA e batizada com o nome de Luke Skywalker, o protagonista do filme Star Wars usando uma prótese.

o original

Se você deseja participar do desenvolvimento ou tiver idéias sobre o mecanismo, o design, o design da prótese, a experiência de uso, convidamos você para o nosso bate-papo de trabalho. Continuamos a discussão em um formato de diálogo.