High-tech prothetische armen Geef amputaties Behendigheid en tastzin

Aanraken is een krachtige sensatie. Een die ons verbindt met de wereld om ons heen, waardoor we een onderscheid kunnen maken tussen een kitten dat tegen de rug van onze hand wrijft en een scherpe spijker die uit een onafgewerkte muur stapt.

Maar tactiele sensaties zijn meer dan een manier om objecten te identificeren. Ze stellen ons in staat om de bewegingen van onze spieren te verfijnen, omdat sensorische informatie wordt doorgegeven aan de hersenen van de spieren en de huid. Deze toegevoegde informatie maakt het verschil tussen het wiegelen van een druif tussen onze duim en vinger en het maken van veel druivensap.

advertisementAdvertisement

Voor geamputeerden is sensorische feedback van hun prothetische ledematen al lang afwezig, zelfs omdat de kunstmatige ledematen zelf de afgelopen decennia zijn geëvolueerd tot zeer geavanceerde robottoestellen. Maar twee onderzoeksgroepen, wier werk wordt gepubliceerd in het 8 oktober nummer van Science Translational Medicine, proberen deze kunstmatige ledematen een volledig scala aan sensaties te geven.

"Het tastgevoel is een van de manieren waarop we omgaan met voorwerpen om ons heen", zegt Dustin Tyler, universitair hoofddocent biomedische technologie aan de Case Western Reserve University en directeur van een van de onderzoeksstudies., in een persbericht. "Ons doel is niet alleen om de functie te herstellen, maar ook om een ​​herverbinding met de wereld tot stand te brengen. Dit is een langdurig, chronisch herstel van het gevoel over meerdere punten aan de andere kant."

Gerelateerd nieuws: Nieuwe Bionic-hand laat geamputeerde 'voel' objecten in realtime zien »

Advertentie

Mannen voelen bijna 20 punten op prothetische ledematen

Geamputeerden voorzien van een gevoel van voelen in hun kunstmatige ledemaat, de groep van onderzoekers onder leiding van Tyler geïmplanteerd elektrodenboeien in de onderarm van een mannelijke patiënt en de bovenarm van een ander. Dit soort elektroden wikkelen zich om de bundel zenuwen heen in plaats van het beschermende membraan binnen te dringen, wat de mogelijkheid heeft op lange termijn zenuwbeschadiging te veroorzaken.

Sensoren op de kunstmatige handen van de patiënt leverden informatie over de hoeveelheid druk naar de elektroden, waardoor de mannen 19 verschillende punten op hun prothetische ledematen konden voelen.

AdvertisementAdvertisement

Een proefpersoon heeft een cherrytomaat. Foto met dank aan Russell Lee.

Voor het genereren van complexere sensaties, zoals het verschil tussen schuurpapier en een glad oppervlak, heeft een computer de informatie van de sensoren omgezet in verschillende elektrische signalen. Deze werden opgepikt door de perifere zenuwen, die de sensorische informatie naar de hersenen brachten. Na verloop van tijd waren de onderzoekers in staat om de signalen af ​​te stemmen terwijl de patiënten daarop werden afgestemd.

"Het gevoel van aanraking wordt eigenlijk beter", zei Keith Vonderhuevel, van Sidney, Ohio, in een persbericht. Hij verloor zijn hand in 2005 en liet het systeem in januari 2013 implanteren. "Ze veranderen de dingen op de computer om het gevoel te veranderen. Een keer voelde het alsof er water over mijn rug liep."

Vanwege de noodzaak voor een computer om de aanrakingssensaties van de sensoren aan te passen, werkt dit systeem momenteel alleen in het laboratorium, maar de onderzoekers verwachten binnen vijf jaar een thuisgebaseerd systeem te ontwikkelen.

Meer lezen: Gadgetrapport »

AdvertentieAdvertisement

Botimplantaat geeft extra sterkte

Het systeem dat is ontwikkeld door de andere groep onderzoekers, gevestigd in Zweden, genereert sensorische input van het kunstmatige lidmaat in een vergelijkbare manier. De onderzoekers waren echter ook in staat om de kunstarm direct aan het skelet te bevestigen, in een proces dat osseointegratie wordt genoemd, in plaats van de socket-bevestiging te gebruiken in commercieel beschikbare prothesen.

"We hebben osseointegration gebruikt om een ​​stabiele fusie op lange termijn tussen mens en machine te creëren, waar we ze op verschillende niveaus hebben geïntegreerd," zei Max Ortiz Catalan, onderzoeker aan de Chalmers University of Technology in Göteborg, Zweden, en toonaangevend auteur van de publicatie, in een persbericht. "De kunstarm is direct aan het skelet bevestigd, waardoor mechanische stabiliteit wordt geboden. "

Max Ortiz Catalan (links) en universitair hoofddocent Rickard Brånemark (rechts) met de eerste patiënt behandeld met het osseointegrated implantaatsysteem. Foto met dank aan Catalan.

Advertentie

Daarnaast hebben Catalan en zijn collega's de arm van de prothese verbonden met de restanten van de zenuwen en spieren in de arm van het geamputeerde, waardoor hij zowel een gevoel van aanraking kreeg als de mogelijkheid om de kunstmatige ledemaat onder controle te houden.

Hierdoor kon hij zijn baan als vrachtwagenchauffeur behouden en gebruikte hij zijn prothetische arm voor taken zoals het bedienen van machines en het uitpakken van kisten met eieren. Hij gebruikt het ook voor het knopen van de veters op zijn kinderschaatsen.

AdvertisementAdvertisement

"Betrouwbare communicatie tussen de prothese en het lichaam is de ontbrekende schakel geweest voor de klinische implementatie van neurale controle en sensorische feedback, en dit is nu op zijn plaats", zei Catalan.

Prothesen met persoonlijkheid: London Artist maakt ingewikkelde ledematen om op individuele stijlen te passen »

Touch Verbetert verbinding met prothetisch

Een gevoel van aanraking kan geamputeerden meer controle over hun ledematen geven, vooral de hoeveelheid druk die wordt uitgeoefend. Zelfs zonder dat gevoel kunnen mensen echter kunstmatige ledematen beheersen met een opmerkelijke mate van behendigheid, grotendeels vanwege de sensorische feedback van de ogen en de spieren.

Advertentie

Maar het toevoegen van aanrakingsgevoeligheid aan een prothese kan geamputeerden op andere manieren ten goede komen. Een daarvan is de vermindering van fantoompijn, het intense gevoel dat de ledemaat nog steeds is bevestigd, ook al is deze niet meer aanwezig.Patiënten in de nieuwe studies meldden dat hun fantoompijn minder werd nadat ze zich met het kunstmatige lid begonnen te voelen.

Een gevoel van aanraking kan geamputeerden ook helpen om psychologisch met hun prothese te integreren, waardoor ze het niet als een extern hulpmiddel, maar als onderdeel van hun eigen lichaam kunnen zien. Dit zou op zijn beurt het aantal geamputeerden dat na een korte tijd stopt met het gebruik van hun prothese, verminderen en de kwaliteit van hun dagelijks leven verbeteren.

Advertentieadvertentie

De miniatuurafbeelding is van een proefpersoon die een druif uit een bos plukt. Foto met dank aan Dale Omori.