Høyteknologiske proteser gir amputere fingerfylling og en følelse av berøring

Touch er en kraftig følelse. En som forbinder oss med verden rundt oss, slik at vi kan skille mellom en kattunge gnidning mot baksiden av vår hånd og en skarp negle som stikker ut fra en uferdig vegg.

Men taktile opplevelser er mer enn en måte å identifisere objekter på. De tillater oss å finjustere bevegelsene i musklene våre, ettersom sensorisk informasjon blir sendt til hjernen fra muskler og hud. Denne tilleggsinformasjonen gjør forskjellen mellom å vri en drue mellom tommelen og fingeren, og lage mye druesaft.

advertisementAdvertisement

For amputere har sensorisk tilbakemelding fra deres proteser blitt lenge fraværende, selv om de kunstige lemmer seg selv har utviklet seg de siste årtier til svært sofistikerte robotapparater. Men to forskergrupper, hvis arbeid er publisert i 8. okt. Utgaven av Science Translational Medicine, forsøker å gi disse kunstige lemmer et komplett spekter av opplevelser.

"Feilfølelsen er en av måtene vi samhandler med objekter rundt oss," sa Dustin Tyler, lektor i biomedisinsk ingeniør ved Case Western Reserve University og direktør for en av forskningsstudiene, i en pressemelding. "Vårt mål er ikke bare å gjenopprette funksjonen, men å bygge en sammenkobling til verden. Dette er langvarig, kronisk gjenoppretting av følelse over flere punkter over hånden."

Relaterte nyheter: Ny Bionic-hånd får Amputee 'Feel' -objekter i sanntid »

Annonse

Menn føler nesten 20 poeng på prosthetiske limbs

For å gi amputere en følelse av Følelsen i deres kunstige lem, gruppen av forskere ledet av Tyler implanterte elektrode mansjetter inn i underarmen av en mannlig pasient og overkroppen til en annen. Disse typer elektroder vikler rundt bunten av nerver i stedet for å trenge inn i den beskyttende membranen, som har potensial til å forårsake langvarig nerveskade.

Sensorer på pasientens kunstige hender mates informasjon om trykkbelastningen til elektrodene, slik at mennene kan føle opptil 19 forskjellige punkter på deres proteser.

AnnonseAvgift

Et studiefag inneholder en kirsebærtomé. Foto courtesy of Russell Lee.

For å generere mer komplekse opplevelser, som forskjellen mellom sandpapir og en jevn overflate, konverterte en datamaskin informasjonen fra sensorene til varierende elektriske signaler. Disse ble plukket opp av perifere nerver, som bragte den sensoriske informasjonen til hjernen. Over tid var forskerne i stand til å finjustere signalene da pasientene ble tilpasset dem.

"Følsomheten blir faktisk bedre," sa Keith Vonderhuevel, fra Sidney, Ohio, i en pressemelding. Han mistet hånden sin i 2005 og hadde systemet implantert i januar 2013. "De forandrer ting på datamaskinen for å forandre følelsen. En gang føltes det som vann løp over håndens bakside."

På grunn av behovet For en datamaskin for å justere berøringsfølsomheten som kommer fra sensorene, fungerer dette systemet for tiden bare i laboratoriet, men forskerne forventer å utvikle et hjemmebasert system innen fem år.

Les mer: Gadget Report

Bone Implant gir ekstra styrke

Systemet utviklet av den andre gruppen av forskere, som er basert i Sverige, genererer sensorisk inngang fra det kunstige lemmet i en lignende vei. Forskerne var imidlertid også i stand til å knytte den kunstige armen direkte til skjelettet, i en prosess som kalles osseointegrasjon, i stedet for å bruke sokkelfeste i kommersielt tilgjengelig proteser.

"Vi har brukt osseointegrasjon for å skape en langsiktig stabil fusjon mellom menneske og maskin, hvor vi har integrert dem på ulike nivåer," sa Max Ortiz Catalan, forsker ved Chalmers University of Technology i Göteborg, Sverige, og ledende forfatter av publikasjonen, i en pressemelding. "Den kunstige armen er direkte festet til skjelettet, og gir dermed mekanisk stabilitet. "

Max Ortiz Catalan (venstre) og lektor Rickard Brånemark (høyre) med den første pasienten behandlet med det osseointegrated implantatsystemet. Foto med tak i katalansk.

Annonse

I tillegg koblet Catalan og hans kollegaer den protesiske armen til resterne av nerver og muskler i amputantens arm, og ga ham både en følelse av berøring og evnen til å kontrollere den kunstige lemmen.

Dette har gitt ham muligheten til å beholde sin jobb som lastebilsjåfør, ved hjelp av sin prosthetiske arm for oppgaver, inkludert driftsmaskiner og utpakking av eggekasser. Han bruker også den til å knytte snørebåndene på sine barneskøyter.

ReklameAdvertisement

"Pålitelig kommunikasjon mellom protesen og kroppen har vært den manglende lenken for den kliniske gjennomføringen av nevrale kontroll og sensorisk tilbakemelding, og dette er nå på plass," sa katalansk.

Prosthetikk med personlighet: London-kunstner skaper intrikate limbs for å passe individuelle stiler.

Berør dyp tilkobling til proteser.

En følelse av berøring kan gi amputere med større kontroll over deres lemmer, spesielt hvor mye trykket påføres. Men selv uten den følelsen, er folk fortsatt i stand til å kontrollere kunstige lemmer med en bemerkelsesverdig mengde fingerferdighet, i stor grad på grunn av sensorisk tilbakemelding som kommer fra øynene og musklene.

Annonse

Men å legge til berøringsfølsomhet til en protese kan være til fordel for amputere på andre måter. En av disse er reduksjonen av fantomsmerter, den intense følelsen at lemmen fortsatt er festet, selv om den ikke lenger er til stede.Pasienter i de nye studiene rapporterte at deres fantom smerte ble mindre etter at de begynte å føle seg med kunstig lem.

En følelse av berøring kan også hjelpe amputere integrere psykologisk med deres proteser, slik at de ikke ser det som et eksternt verktøy, men som en del av sin egen kropp. Dette kan i sin tur redusere antall amputere som slutter å bruke protesen etter kort tid, og forbedre kvaliteten på hverdagen.

AnnonseAdvertisement

Miniatyrbildet er et studiefelt som plukker en drue fra en gjeng. Foto courtesy of Dale Omori.