Bionická ruka umožňuje pacientům po amputacích vnímat doteky

Datum 04.09.2021

Foto: Cleveland Clinic

Vědci z Clevelandské kliniky zkonstruovali první bionickou ruku svého druhu pro pacienty s amputací horní končetiny, která nositeli umožňuje myslet, chovat se a fungovat téměř jako člověk bez amputace. Píše se o tom v tiskové zprávě Clevelandské kliniky z 1. září. Bionický systém kombinuje tři důležité funkce – intuitivní motorické ovládání, hmat a kinestezii úchopu, tedy intuitivní pocit otevírání a zavírání ruky.

Tento systém je první, který na protéze ruky testuje všechny tři smyslové a motorické funkce v rámci MMI rozhraní (neuronově-strojním) najednou. Toto rozhraní je propojeno s nervy končetiny daného uživatele. Umožňuje pacientům vysílat nervové impulsy z mozku do protézy, když ji chtějí používat nebo s ní pohybovat, a zároveň přijímat fyzické informace z okolí a předávat je zpět do mozku prostřednictvím nervů.

“Upravili jsme standardní protézu tímto komplexním bionickým systémem, který umožňuje nositelům pohybovat protézou intuitivněji a zároveň vnímat dotek a pohyb,” řekl Paul Marasco, Ph.D., docent na oddělení biomedicínského inženýrství Cleveland Clinic Lerner Research Institute, který zároveň tento výzkum vede. “Tato zjištění jsou důležitým krokem k tomu, aby se lidem po amputaci zcela obnovila přirozená funkce ruky.”

Animace znázorňující propojení bionické ruky s lidským mozkem. Zdroj: Cleveland Clinic

Obousměrná zpětná vazba a ovládání umělé ruky umožnily účastníkům studie provádět úkoly s podobnou přesností jako lidé bez postižení.

“To, co nás nejvíce nadchlo bylo zjištění, že [lidé s bionickou rukou] dokázali usuzovat, rozhodovat se a napravovat své chyby jako člověk bez amputace,” řekl Dr. Marasco, který vede Laboratoř pro bionickou integraci. “S novou bionickou končetinou se lidé prostě chovali, jako by měli přirozenou ruku. Za normálních okolností se toto chování mozku u lidí s protézou horní končetiny a bez ní velmi liší.”

Paul Marasco, Ph.D. Foto: Cleveland Clinic

Vědci testovali svou novou bionickou končetinu na dvou účastnících studie s amputací horní končetiny, kteří předtím podstoupili cílenou senzorickou a motorickou reinervaci – zákrok, při němž se vytvoří rozhraní mezi nervem a strojem přesměrováním amputovaných nervů do zbývající kůže a svalů. Vzhledem k malému rozsahu studie však bude důležitý další výzkum.

Při cílené reinervaci smyslů se při styku s kůži aktivují smyslové receptory, které pacientům umožňují vnímat dotek. Při cílené motorické reinervaci, když pacienti myslí na pohyb končetin, komunikují reinervované svaly s počítačově ovládanou protézou, aby se pohybovaly stejným způsobem. Malí výkonní roboti navíc rozkmitají kinestetické senzorické receptory v těch samých částech svalů, které pomáhají nositelům protéz cítit, že se jejich ruka a paže pohybují.

Při nošení této technologicky pokročilé protézy účastníci prováděli úkoly odrážející základní každodenní chování, které vyžaduje funkčnost ruky a paže. Pomocí nově vyvinutých pokročilých vyhodnocovacích nástrojů výzkumníci hodnotili, jak se výkon s bionickou končetinou srovnává s výkonem lidí bez postižení a lidí s amputací, kteří mají tradiční protézy. Rovněž porovnávali, jak si lidé s pokročilou protézou vedli, když jim byly umožněny tři smyslové a motorické modality společně a jak jednotlivě.

Podle dr. Marasca, vzhledem k tomu, že lidé s tradiční protézou nedokážou cítit své končetiny, chovají se pak při plnění úkolů v každodenním životě jinak než lidé bez amputace. Nositelé tradičních protéz tak například musí při jejich používání neustále sledovat svou protézu a mají problém naučit se korigovat chyby při použití větší nebo menší síly.

Díky nové umělé paži a pokročilým vyhodnocovacím nástrojům mohli vědci pozorovat, že se mozek a strategie chování účastníků studie změnily tak, aby odpovídaly strategiím člověka bez amputace. Už nemuseli sledovat svou protézu, dokázali najít věci, aniž by je hledali, a dokázali účinněji napravovat své chyby.

“Za posledních deset let pomohly pokroky v protetice jejim nositelům dosáhnout lepší funkčnosti a zvládat každodenní život samostatněji,” řekl Dr. Marasco. “Poprvé nyní jsou lidé s amputací horní končetiny schopni opět “myslet” podobně jako zdravý člověk, což nositelům protéz nabízí novou úroveň bezproblémového návratu do každodenního života.”

Tento výzkum a vývoj byl částečně financován Agenturou pro pokročilé obranné výzkumné projekty (DARPA), která tento typ výzkumu financuje dlouhodobě mimo jiné také v rámci programu Haptix. V roce 2018 poprvé publikoval Dr. Marasco v časopise Science Translational Medicine článek o nové metodě obnovy přirozeného vnímání pohybu u pacientů s protézou ruky.

Radim Ptáček

O Cleveland Clinic
Cleveland Clinic, která letos slaví sté výročí svého založení, je neziskové akademické zdravotnické centrum s mnoha specializacemi, které spojuje klinickou a nemocniční péči s výzkumem a vzděláváním. Sídlí v Clevelandu ve státě Ohio a byla založena v roce 1921 čtyřmi renomovanými lékaři. Clevelandská klinika je průkopníkem mnoha průlomových objevů v medicíně, včetně operace koronárního bypassu a první transplantace obličeje ve Spojených státech. Časopis U.S. News & World Report ve svém každoročním průzkumu “America’s Best Hospitals” (Nejlepší nemocnice v Americe) neustále uvádí Cleveland Clinic jako jednu z nejlepších nemocnic v zemi. Mezi 70 tisíci zaměstnanci Cleveland Clinic po celém světě je více než 4 660 lékařů a výzkumných pracovníků. Cleveland Clinic je zdravotnický systém zahrnující 19 nemocnic, více než 220 ambulantních zařízení a pobočky na jihovýchodě Floridy, v Las Vegas v Nevadě, v Torontu v Kanadě, v Abú Zabí ve Spojených arabských emirátech a v Londýně v Anglii. V roce 2020 proběhlo v celém zdravotnickém systému Cleveland Clinic celkem 8,7 milionu ambulantních návštěv, 273 000 hospitalizací a pozorování a 217 000 chirurgických případů.

Volty 700 x 200 px

Komentáře