Ved at vibrere musklerne, ingeniører producerer en bedre håndprotese

Overvej et øjeblik vælden af ​​ubevidste vurderinger og justeringer, du foretager, hver gang din hånd rækker ud efter en genstand – sig, en høj drik vand. Øjne, muskler, hjerne og cifre koordinerer med udsøgt hastighed og subtilitet for at sikre, at koppen nås, greb om midten, holdt blidt men fast, og trukket - oprejst og i et tempo, der ikke laver bølger - til din mund.

Forestil dig nu at udføre den daglige opgave med en håndprotese, eller en forstyrrelse i strømmen af ​​signaler mellem hånd og hjerne. Selv med de mekaniske midler til at gribe et glas, at forstå det vil kræve konstant visuelt overblik og en masse besværlige beregninger. Uden al den taktile feedback fra dine muskler og cifre, fejl, frustration og en følelse af tab vil sandsynligvis følge.

Med det i tankerne, forskere fra Cleveland Clinic's Lerner Research Institute spurgte, hvordan træde i kræft, de kunne forbedre brugeroplevelsen for amputerede personer udstyret med en håndprotese.

Deres svar var lige så enkelt i teorien, som det var komplekst i udførelsen:At føle sig i fuld kontrol over et kunstigt vedhæng, de fandt, brugeren af ​​en lemprotese har måske bare brug for en lille summen.

Cleveland Clinics Paul Marasco og hans kolleger udtænkte et robotsystem, der med hver bevægelse af en kunstig hånd, ville levere vibrationer til musklerne i en brugers arm, der styrede den hånd.

Placeringen og intensiteten af ​​disse vibrationer skabte for amputerede en illusorisk "kinæstetisk" følelse af, at de bevægede deres egen hånd. Undersøgelsespersoner lærte inden for få minutter at bruge den vibrerende feedback til at bevæge deres mekaniske hånd mere behændigt, for bedre at fornemme sin position i rummet, og at stramme og løsne deres greb om genstande efter behov.

I nogle tilfælde, ingen øjne nødvendige. Når de først fik systemet med feedback-vibrationer, deltagerne var i stand til at udføre en lang række håndbevægelser med bind for øjnene.

"At etablere en følelse af handlefrihed for disse enheder vil hjælpe amputerede til at føle i sig selv kontrol over deres kunstige lemmer, et nøgleaspekt af brugeraccept, "Marasco og hans kolleger rapporterede onsdag i bladet Videnskab translationel medicin .

I den nærmeste fremtid, forfatterne skrev, denne tilgang kunne inspirere bærbare eller andre feedback-systemer, der kan gøre det muligt for amputerede at guide og kontrollere deres protetiske lemmer intuitivt, genoprette luksusen ved ubevidst bevægelse.

At give brugerne en større fornemmelse af, at de er initiativtagerne til bevægelse, vil blive vigtigere, efterhånden som teknologien til protetiske lemmer udvikler sig, skrev forfatterne. Selvom mange af disse kunstige lemmer vil være i stand til selvstændig bevægelse, Det er usandsynligt, at brugere accepterer dem, hvis de ikke har lyst til naturlige forlængelser af deres ønske om at flytte.

For at udtænke en menu med vibrationer, der ville signalere 22 separate bevægelser af hånden, forskerne arbejdede stort set med seks deltagere, som havde fået amputeret en arm. Alle havde gennemgået målrettet nervereinnervation, en procedure, der muliggør etablering af en forbindelse mellem hjerne og maskine ved at omdirigere amputerede nerver til resterende muskler.

Med en håndholdt vibrationsenhed, de afgav en lille summen (mellem 70 og 110 hertz virkede bedst) til musklerne i den del af overarmen - biceps, triceps, brachialis- og pectoralis-muskler - som forblev intakte. Ved at bruge deres intakte hånd på den modsatte side, deltagerne rapporterede, hvilken kompleks bevægelse de mest associerede med den buzz, de følte.

Forskerne arbejdede også med raske frivillige for at kortlægge det mest effektive system for feedback. Nogle af forbindelserne mellem vibrationer og håndbevægelser så ud til at variere lidt fra person til person. Forskerne fandt ud af, at visse vibrationspunkter rutinemæssigt fremkaldte cylindergrebet (eller knytnævelukningen), stativgrebet (hvor tommelfingeren, pegefinger og langfinger kommer sammen) og det klassiske fine knib af tommelfinger og pegefinger. Kombinationer af feedback-vibrationer fremkaldte nogle andre manuelle bevægelser.

"Vi er faktisk i stand til at bruge den perceptuelle illusion af bevægelse til at give amputerede en følelse af, at deres hånd bevæger sig på meget komplekse og naturalistiske måder, " sagde Marasco.

Selvom det først kan hjælpe amputerede, der bruger proteser, den tilgang, hans team brugte, kan en dag hjælpe patienter, hvis bevægelser er blevet svækket af slagtilfælde, bevægelsesforstyrrelser eller rygmarvsskade, han sagde.

Forskerholdet undersøger allerede måder at udvide disse teknikker til patienter, der har mistet et ben. Og de arbejder på at pakke systemet ind i en protese, der vil lade patienter betjene systemet på daglig basis.

Silvestro Micera fra BioRobotics Institute i Pisa, Italien, har også ledet et team af forskere, der sigter mod at genoprette feedback-sløjfen, der ville tillade en jævnere bevægelse af protetiske lemmer. Den næste udfordring for hold som hans og Marascos, sagde Micera, "vil være at bruge denne proprioceptive feedback under virkelige funktionelle gribeopgaver og i kombination med taktil fornemmelse."

©2018 Los Angeles Times
Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.