Vědci představili ultra přesnou a protézu řízenou myslí: „Je to, jako byste znovu měli ruku“

Všechny Novinky

V rámci významného pokroku v mysli řízené protetice pro amputované osoby výzkumníci z University of Michigan poklepali na slabé, latentní signály z nervů paží a zesílili je, aby umožnili v reálném čase intuitivní ovládání robotické ruky na úrovni prstů.

K dosažení tohoto cíle vědci vyvinuli způsob, jak zkrotit temperamentní nervové zakončení, oddělit silné nervové svazky na menší vlákna, která umožňují přesnější ovládání, a zesílit signály procházející těmito nervy. Tento přístup zahrnuje drobné svalové štěpy a algoritmy strojového učení vypůjčené z pole rozhraní mozek-stroj.


'Toto je největší pokrok v řízení motorů u lidí s amputacemi za mnoho let,' řekl Paul Cederna, který je profesorem plastické chirurgie Roberta Oneala na lékařské fakultě UM a profesorem biomedicínského inženýrství.

'Vyvinuli jsme techniku, která umožňuje individuální ovládání prstů protetických zařízení pomocí nervů ve zbytkové končetině pacienta.' Díky tomu jsme byli schopni poskytnout nejpokročilejší protetickou kontrolu, jakou svět viděl. “

KOUKNI SE: Teen se může vrátit do školy poté, co podstoupila bezplatnou operaci, aby napravila své extrémní ochabnutí

Cederna vede výzkum spolu s Cindy Chestek, docentkou biomedicínského inženýrství na UM College. V příspěvku zveřejněném tento týden v Science Translational Medicine , popisují výsledky se čtyřmi účastníky studie pomocí ramene Mobius Bionics LUKE.


Intuitivní protetické ovládání funguje na první pokus

'Můžete udělat protetickou ruku, aby dokázala spoustu věcí, ale to neznamená, že ji dotyčná osoba intuitivně ovládá.' Rozdíl je, když to funguje na první pokus pouhým přemýšlením, a to je to, co náš přístup nabízí, “řekl Chestek. 'Fungovalo to úplně poprvé, co jsme to zkusili.' Účastníci se nemohou učit. Veškeré učení probíhá v našich algoritmech. To se liší od ostatních přístupů. “

PŘEKONTROLOVAT: Poté, co sledoval, jak se bratr vzdává zahradnictví, navrhl člověk stolní zahrady pro lidi na invalidním vozíku


I když účastníci studie zatím neměli možnost vzít si paže domů, v laboratoři byli schopni kleštěmi uchopit bloky; pohybujte palcem nepřetržitým pohybem, místo abyste si museli vybírat ze dvou pozic; zvedat sféricky tvarované předměty; a dokonce hrát ve verzi Rock, Paper, Scissors zvané Rock, Paper, Pliers.

'Je to, jako byste znovu měli ruku,' řekl účastník studie Joe Hamilton, který při nehodě ohňostroje v roce 2013 přišel o ruku. 'S touto rukou můžete dělat opravdu všechno, co můžete.' Vrací vás zpět k pocitu normálnosti. “

Joe Hamilton, účastník studie RPNI na University of Michigan, přirozeně využívá svou mysl k ovládání protetické ruky DEKA a stisknutí malého zipu na testovací platformě pro vývoj rukou. Foto: Evan Dougherty / Michigan Engineering.

Přeměna malého svalového štěpu na zesilovač nervového signálu

Jednou z největších překážek v mysli řízené protetice je klepání na silný a stabilní nervový signál, který napájí bionickou končetinu. Některé výzkumné skupiny - ty, které pracují v oblasti rozhraní mozek - stroj - jdou až k primárnímu zdroji, mozku. To je nutné při práci s paralyzovanými lidmi. Ale je to invazivní a vysoce rizikové.

Pro lidi s amputacemi byly periferní nervy - síť, která vychází z mozku a míchy - zajímavé, ale dosud nevedly k dlouhodobému řešení z několika důvodů: Nervové signály, které přenášejí, jsou malé . A další přístupy k zachycení těchto signálů zahrnovaly sondy, které byly naslouchány silou. Tyto „hřebíky na nervy“, jak o nich vědci někdy hovoří, vedou ke zjizvené tkáni, která zmatňuje již slabý signál v průběhu času.


Tým UM přišel s lepším způsobem. Omotali drobné svalové štěpy kolem nervových zakončení v náručí účastníků. Tato „regenerativní rozhraní periferních nervů“, neboli RPNI, nabízejí přerušeným nervům novou tkáň, na kterou se mohou zachytit. Tím se zabrání růstu nervových hmot nazývaných neuromy, které vedou k fantomové bolesti končetin. A dává nervům megafon. Svalové štěpy zesilují nervové signály. U dvou pacientů byly do svalových štěpů implantovány elektrody a elektrody byly schopny zaznamenat tyto nervové signály a předat je v reálném čase protetické ruce.

VÍCE: Otec používá potápěčskou terapii k obnovení motorické funkce svého ochrnutého syna - a nyní to dělá totéž pro ostatní

'Pokud vím, viděli jsme největší napětí zaznamenané z nervu ve srovnání se všemi předchozími výsledky,' řekl Chestek. 'V předchozích přístupech můžete získat 5 mikrovoltů nebo 50 mikrovoltů - velmi malé signály.' Viděli jsme vůbec první milivoltové signály.

'Takže nyní můžeme přistupovat k signálům spojeným s individuálním pohybem palce, pohybem palců více stupňů svobody, jednotlivými prsty.' Tím se otevírá zcela nový svět lidem, kteří jsou uživateli protéz horních končetin. “

A jejich rozhraní již trvalo roky. Jiné se zhoršují během několika měsíců kvůli jizvové tkáni.

Budoucnost výzkumu protetiky a průmyslu

Zjištění také otevírají nové možnosti pro pole, uvedl Chestek, jehož odbornost spočívá v algoritmech strojového učení v reálném čase pro převod neurálních signálů do pohybového záměru.

'Zjistili jsme, že nervové signály jsou nyní dost dobré na to, aby aplikovaly celý svět věcí, které jsme se naučili v algoritmech řízení mozku, na nervovou kontrolu,' řekla.

HODINKY: Slepý muž vyvíjí inteligentní hůl, která využívá Mapy Google a senzory k identifikaci okolí

Tento přístup generuje signály pro jemnější pohyby, než jaké jsou dnešní protetické ruce schopné.

'K tomu přispěly i další výzkumné skupiny, ale posunuli jsme se o možnosti protetických rukou, které jsou v současné době k dispozici.' Myslím, že je to silná motivace pro další vývoj společností poskytujících protetické ruce, “řekl Philip Vu, výzkumný pracovník v biomedicínském inženýrství a první autor článku.

Klinické hodnocení stále probíhá. Tým hledá účastníky.

'Tolikrát to, co děláme ve výzkumné laboratoři, zvyšuje znalosti v oboru, ale nikdy nemáte šanci vidět, jak to ovlivní člověka,' řekla Cederna. 'Když můžete sedět a sledovat, jak jedna osoba s protetickým zařízením dělá něco, co bylo před 10 lety nemyslitelné, je to tak potěšující.' Jsem tak šťastný za naše účastníky a ještě více za všechny lidi v budoucnu, že to pomůže. “

Chestek dodal: „Odtud to bude způsob, ale nepřestaneme na tom pracovat, dokud nebudeme moci zcela obnovit pohyb rukou se zdravým tělem. To je sen o neuroprostetice. “

Přetištěno z Michiganská univerzita

(HODINKYvideo níže)

Podejte svým přátelům ruku; Sdílejte tuto inspirativní zprávu na sociálních médiích ...