211service.com
Nemanāmi saplūst cilvēks un mašīna
Jauns implants, kas iesēts ar muskuļu šūnām, varētu labāk integrēt protezētās ekstremitātes ar ķermeni, ļaujot amputētajiem cilvēkiem vairāk kontrolēt robotu piedēkļus. Konstrukcija, kas izstrādāta Mičiganas Universitātē, sastāv no mazām krūzītēm, kas izgatavotas no elektriski vadoša polimēra, kas pieguļ nervu galiem un piesaista nogrieztos nervus. Elektriskos signālus, kas nāk no nerva, pēc tam var pārtulkot un izmantot, lai pārvietotu ekstremitāti.
Dzīvā saskarne: Muskuļu šūnas (parādītas šeit) tiek audzētas uz bioloģiskām sastatnēm. Atdalītie nervi, kas palikuši no zaudētās ekstremitātes, savienojas ar saskarnes muskuļu šūnām, kas pārraida elektriskos signālus, ko var izmantot mākslīgās rokas kontrolei.
Šķiet, ka tas varētu būt elegants veids, kā kontrolēt protēzi ar smalkām kustībām, saka Rutledge Ellis-Behnke, MIT zinātnieks, kurš nebija iesaistīts pētījumā. Tā vietā, lai pie rokas būtu piestiprināts liels mēms plastmasas gabals, jums varētu būt integrēts instruments, kas jūtas kā ķermeņa daļa.
Mūsdienās lielāko daļu protēžu pārvietošana ir piepūles un ierobežota. Ekstremitātes tiek kontrolētas, apzināti kustinot atlikušos muskuļus — piemēram, lietotājs var sarauties krūškurvja muskuli, lai pārvietotu roku noteiktā virzienā. Atlikušo nervu pieslēgšana tieši mākslīgajām ekstremitātēm nodrošinātu intuitīvāku veidu, kā tos kontrolēt. Taču centienus izveidot perifēro nervu saskarnes lielā mērā ir kavējis rētaudi augšana, kas ierobežo implantēto ierīču lietderību un izturību.
Līdz šim visveiksmīgākā protēzes kontroles metode ir ķirurģiska procedūra, kurā nervi, kas iepriekš bija piestiprināti pie muskuļiem zaudētajā rokā un plaukstā, tiek pārstādīti krūtīs. Kad lietotājs domā par rokas pārvietošanu, krūšu muskuļi saraujas, un šie signāli tiek izmantoti, lai kontrolētu ekstremitāti. Lai gan šī pieeja ir milzīgs uzlabojums salīdzinājumā ar esošajām metodēm, šī pieeja joprojām nodrošina ierobežotu kontroles līmeni — tikai apmēram piecus nervus var pārstādīt krūtīs.
Jaunā saskarne, ko izstrādājis plastikas ķirurgs Pols Sederna un kolēģi, balstās uz šo koncepciju, izmantojot transplantētas muskuļu šūnas kā mērķi, nevis neskartus muskuļus. Pēc tam, kad ekstremitāte ir nogriezta, nervi, kas tai sākotnēji bija piestiprināti, turpina dīgt, meklējot jaunu muskuļu, ar kuru savienoties. (Šis bioloģiskais process dažkārt var radīt sāpīgus nervu audu jucekļus, ko sauc par neiromām, nogrieztās ekstremitātes galā.) Nervs nepārtraukti sūta signālus lejup pa straumi, lai pateiktu rokai, kas jādara, pat ja rokas nav, saka. Cederna. Mēs varam interpretēt šos signālus un izmantot tos, lai palaistu protēzi.
Saskarne sastāv no nelielas kausveida struktūras, kuras diametrs ir aptuveni viena desmitā daļa no milimetra un kas tiek ķirurģiski implantēta nerva galā, pārraidot gan motoros, gan sensoros signālus no nerva uz protēzi. Krūzes iekšpusē ir bioloģisko audu sastatnes, kas iesētas ar muskuļu šūnām – tā kā motori un sensorie nervi veido savienojumus ar muskuļiem veselos audos, muskuļu šūnas ir dabisks mērķis klaiņojošiem nervu galiem. Nogrieztais nervs ieaug kausā un savienojas ar šūnām, pārraidot elektriskos signālus no smadzenēm. Tā kā tas ir pārklāts ar elektriski aktīvu polimēru, tas darbojas kā vads, kas uztver elektriskos signālus un pārraida tos uz robotu ekstremitāti. Cederna komanda paši neizstrādā protēzes, taču viņš saka, ka signālus varētu pārraidīt, izmantojot esošo bezvadu tehnoloģiju.
Līdz šim zinātnieki ir pārbaudījuši saskarni grauzējiem ar nogrieztu perifēro nervu, parādot, ka nervs ieaugs kausā un izveidos savienojumus ar muskuļu šūnām. Ja viņi šajā apgabalā var saglabāt neskartu neirona galu, tas ir liels sasniegums, saka Eliss-Behnke. Žurku nervi ir aptuveni tāda paša izmēra kā tiem, kas būtu vērsti uz cilvēkiem. Pētījums šodien tika prezentēts konferencē Amerikas ķirurgu koledža Čikāgā.
Ierīce var arī ievadīt sajūtu atpakaļ maņu nervos, kas pārraida siltumu, spiedienu un citu informāciju no ādas uz smadzenēm. Tāpat kā motoriskie nervi, maņu nervi veido savienojumus ar kausa muskuļu šūnām. Pārbaudēs ar grauzējiem zinātnieki vienam dzīvniekam pārklāja divus nervus – vienu motoru un vienu sensoru. Kamēr žurkai nebija protēžu, zinātnieki varēja pierādīt, ka implants var tiltu pār atdalīto nervu, pārraidot neironu ziņojumus pa to; žurkas pēdas kutēšana izraisīja muskuļu šūnu aktivitāti implantā.
Sensorās spējas ir galvenā trūkstošā mūsdienu protēžu sastāvdaļa — taustes, spiediena un temperatūras atgriezeniskā saite ir ļoti svarīga, lai paņemtu trauslu olu vai karstu pannu. Galu galā ekstremitāšu protēzes varētu aprīkot ar siltuma vai spiediena sensoriem, kas varētu pārraidīt šo informāciju uz saskarnes muskuļu šūnām un ļautu šo informāciju nosūtīt smadzenēm.
Pētījums joprojām ir sākuma stadijā, un joprojām ir jāatbild uz vairākiem jautājumiem. Mums ir jānoskaidro, cik ilgs laiks nepieciešams, lai savienojumi kļūtu funkcionāli, un kāda būs izturība un robustums, saka Džozefs Pankracio , Nacionālā neiroloģisko traucējumu un insulta institūta programmas direktors, kurš nebija iesaistīts pētījumā. Bet tas izskatās ļoti aizraujoši. Pētījumu finansē Aizsardzības ministrija.
Viena no galvenajām problēmām ar neironu implantiem līdz šim ir bijusi ierīču stabilitāte, jo implantētie elektrodi bieži pārklājas rētaudi un pārstāj darboties. Līdz šim sešus mēnešus, kad zinātnieki ir novērtējuši saskarnes žurkām, nav bijušas nekādas rētas pazīmes. Lai gan zinātnieki nav pārliecināti, kāpēc, iespējams, ka kauss aizsargā implantu no iekaisuma reakcijām, kas izraisa rētas, vai arī nervu šūnu mērķa nodrošināšana pilnībā mazina šīs reakcijas, atjaunojot normālāku vidi atdalītajam nervam. Tagad pētnieki katru dienu uzrauga implantus, lai noteiktu to izturību laika gaitā.
Tomēr viens īpaši daudzsološs agrīns atklājums ir tas, ka audi, kas ieskauj saskarni, veido jaunus asinsvadus, lai barotu implantētās muskuļu šūnas, nodrošinot tām barības vielas, kas tām nepieciešamas, lai izdzīvotu.
Pagaidām nav skaidrs, cik daudziem no šiem nervu vāciņiem pacientiem būtu nepieciešams, lai adekvāti kontrolētu sarežģītu mākslīgo ekstremitāti. Piemēram, kādam, kurš ir zaudējis roku plecu līmenī, būtu nepieciešams pietiekami daudz nervu vāciņu, lai saliektu un izstieptu elkoni, plaukstas locītavu un pirkstus, kā arī sensorus nervus. Vienīgais ierobežojums, saka Cederna, būs tas, cik augsto tehnoloģiju viņi var izgatavot protezēšanu.