Љубав у протетици

Гуштери се могу регенерисати након што изгубе реп, а ракови се могу регенерисати након што изгубе ноге, али у поређењу са овим наизглед „примитивним“ животињама, људи су изгубили много способности регенерације током еволуције. Способност регенерације удова код одраслих је скоро никаква, са изузетком беба које се могу регенерисати када изгубе врхове прстију. Као резултат тога, квалитет живота оних који изгубе удове услед несреће или болести може бити у великој мери погођен, а проналажење биолошке замене је била важна опција за лекаре да побољшају животе ампутираца.

Још у старом Египту постоје записи о вештачким удовима. У „Знаку четворице“ Конана Дојла такође постоји опис убице који користи протетске удове да убије људе.

Таква протетика, међутим, пружа једноставну подршку, али је мало вероватно да ће значајно побољшати животно искуство ампутираног. Добра протетика треба да буде у стању да шаље сигнале у оба смера: с једне стране, пацијент може самостално да контролише протетику; С друге стране, протетски уд би морао да буде у стању да шаље сензације сензорном кортексу пацијентовог мозга, баш као природни уд са нервима, дајући им осећај додира.

Претходне студије су се фокусирале на декодирање можданих кодова како би се омогућило субјектима (мајмунима и људима) да контролишу роботске руке својим умом. Али такође је важно дати протетици осећај. Наизглед једноставан процес као што је хватање укључује сложену повратну информацију, док подсвесно прилагођавамо снагу наших прстију у складу са осећајем наших руку, како не бисмо склизнули ствари са себе или их превише чврсто стиснули. Раније су пацијенти са протетским рукама морали да се ослањају на своје очи да би одредили снагу предмета. Потребно је много пажње и енергије да бисмо урадили ствари које можемо да урадимо у ходу, али чак и тада често покваре ствари.

Универзитет Дјук је 2011. године спровео серију експеримената на мајмунима. Имали су мајмуне да користе свој ум да манипулишу виртуелним роботским рукама како би ухватили предмете од различитих материјала. Виртуелна рука је слала различите сигнале у мозак мајмуна када је наишао на различите материјале. Након тренинга, мајмуни су били у стању да правилно изаберу одређени материјал и добију награду за храну. Не само да је ово прелиминарна демонстрација могућности да се протетици дају осећај додира, већ такође сугерише да мајмуни могу да интегришу тактилне сигнале које шаље мозак протезе са сигналима контроле мотора које мозак шаље протези, обезбеђујући потпуну опсег повратних информација од додира до осећаја за контролу избора руке на основу осећаја.

Експеримент, иако добар, био је чисто неуробиолошки и није укључивао стварни протетски уд. А да бисте то урадили, морате комбиновати неуробиологију и електротехнику. У јануару и фебруару ове године, два универзитета у Швајцарској и Сједињеним Државама објавила су радове независно користећи исти метод за причвршћивање сензорне протетике експерименталним пацијентима.

У фебруару су научници на Ецоле Политецхникуе у Лозани, у Швајцарској, и другим институцијама, известили о свом истраживању у раду објављеном у Сциенце Транслатионал Медицине. Дали су 36-годишњег субјекта, Денниса Аабоа С? Ренсен, са 20 сензорних места у роботској руци која производе различите сензације.

Цео процес је компликован. Прво су лекари у римској болници Гимили имплантирали електроде у Соренсенова два нерва руке, средњи и улнарни нерви. Улнарни нерв контролише мали прст, док средњи нерв контролише кажипрст и палац. Након имплантације електрода, лекари су вештачки стимулисали Соренсенов средњи и улнарни нерви, дајући му нешто што одавно није осетио: осетио је како му се рука која недостаје. Што значи да нема ништа лоше у Соренсеновом нервном систему.

Научници са Ецол Политецхникуе у Лозани су затим причврстили сензоре на роботску руку који су могли да шаљу електричне сигнале на основу услова као што је притисак. Коначно, истраживачи су повезали роботску руку са Соренсеновом одсеченом руком. Сензори у роботској руци заузимају место сензорних неурона у људској руци, а електроде уметнуте у нерве замењују нерве који могу да преносе електричне сигнале у изгубљеној руци.

Након постављања и отклањања грешака у опреми, истраживачи су спровели низ тестова. Да би спречили друге ометање, Соренсену су ставили повез преко очију, покрили му уши и пустили га да додирује само роботском руком. Открили су да Соренсен не само да може да процени тврдоћу и облик предмета које је додирнуо, већ и да разликује различите материјале, као што су дрвени предмети и тканина. Штавише, манипулатор и Соренсенов мозак су добро координисани и реагују. Тако да може брзо да прилагоди своју снагу када нешто подигне и да је држи мирно. „То ме је изненадило јер сам ИЗНЕНАДА могао да осетим нешто што нисам осетио последњих девет година“, рекао је Соренсен у видео снимку који је обезбедила Ецоле Политецхникуе у Лозани. „Када сам померио руку, могао сам да осетим шта радим уместо да гледам шта радим.

Слична студија је урађена на Универзитету Цасе Вестерн Ресерве у Сједињеним Државама. Њихов предмет био је Игор Спетић, 48, из Медисона, Охајо. Изгубио је десну руку када је на њега пао чекић док је правио алуминијумске делове за млазне моторе.

Техника коју користе истраживачи Универзитета Цасе Вестерн Ресерве је отприлике иста као техника која се користи на ЕЦОЛЕ Политецхникуе у Лозани, са једном важном разликом. Електроде коришћене на Ецоле Политецхникуе у Лозани пробиле су неуроне у Соренсеновој руци у аксон; Електроде на Универзитету Цасе Вестерн Ресерве не продиру у неурон, већ окружују његову површину. Први могу произвести прецизније сигнале, дајући пацијентима сложенија и нијансирана осећања.

Али то има потенцијалне ризике и за електроде и за неуроне. Неки научници брину да би инвазивне електроде могле изазвати хроничне нежељене ефекте на неуроне и да би електроде биле мање издржљиве. Међутим, истраживачи у обе институције су уверени да могу да превазиђу слабости свог приступа. Спидердицк такође производи прилично прецизан осећај одвајања од брусног папира, памучних куглица и косе. Истраживачи на Ецоле Политецхникуе у Лозани, међутим, рекли су да су уверени у издржљивост и стабилност њихове инвазивне електроде, која је код пацова трајала између девет и 12 месеци.

Ипак, прерано је да се ово истраживање пласира на тржиште. Поред издржљивости и сигурности, погодност сензорне протетике је још увек далеко од довољне. Соренсон и Спецдик остали су у лабораторији док су се постављале протезе. Њихове руке, са пуно жица и направа, нимало не личе на бионичке удове научне фантастике. Силвестро Мицера, професор на Ецоле Политецхникуе у Лозани који је радио на студији, рекао је да ће проћи неколико година пре него што прве сензорне протезе, које изгледају као нормалне, буду могле да напусте лабораторију.

"Узбуђен сам што видим шта раде. Надам се да ће то помоћи другима. Знам да науци треба много времена. Ако ја не могу да је користим сада, али следећа особа може, то је сјајно."