Amputált karú emberek újra érezhetnek és foghatnak az agy
által irányított műkar segítségével, amelyet mindennapi életük során
sajátjukként használnak. A New England Journal of Medicine folyóiratban
megjelent közlemény három olyan svéd páciensről szól, akik évek óta élvezik a
ma létező legintegráltabb ember-gép interfész előnyeit.
Forrás: Johan Bodell/Chalmers University of Technology
Az érintettek immár hét éve használják az elmével irányított
kar- és kézprotézist, amelyet mérnökei az utóbbi néhány évben egy további
funkcióval ruháztak fel: viselőik immár nemcsak mozgatni tudják a művégtagot,
hanem a tapintás érzetét is részlegesen visszakapták általa. Ez fordulatot
jelent a mesterséges végtagok fejlesztése terén, amelyeket immár
neuromuszkuloszkeletális – az idegeket, az izmokat és a csontvázat integráló – protéziseknek
neveznek.
A kutatást a svéd Chalmers Műszaki Egyetem tanára, Max Ortiz
Catalan irányította további svédországi partnerek – a Sahlgrenska Egyetem
Klinikája, a Göteborgi Egyetem és az Integrum AB – közreműködése mellett. A
projektben részt vettek a Bécsi Orvosi Egyetem és az amerikai Massachusetts
Institute of Technology munkatársai is.
A művégtagok felszerelése óta a cikkben szereplő páciensek
napi szinten, privát életükben és munkájukban egyaránt folyamatosan használták
az okosprotézist. A neuromuszkuloszkeletális protézisek több olyan tulajdonsággal
rendelkeznek, amelyek világelsővé teszik őket a maguk nemében. Közvetlen
összeköttetésben állnak a páciens idegeivel, izmaival és csontjaival. Az elme
által irányíthatók, és az általuk közvetített tapintási érzeteket a felhasználó
úgy érzékeli, mintha azok a hiányzó végtagból erednének. Minden elektronika a
művégtagba van beépítve, ezért a pácienseknek nem kell további berendezéseket
vagy elemeket magukkal hordaniuk. Végül, de nem utolsó sorban ezek a művégtagok
hosszú távon stabilak és biztonságosak: a protéziseket a betegek megszakítás
nélkül használják évek óta a mindennapi életükben, nem csak zárt vagy
ellenőrzött körülmények között, mindenféle kutatói felügyelet nélkül.
A technológia legújabb része, a tapintásérzet a korábbi
biológiai kéz idegeinek stimulációja révén válik lehetségessé. A műkéz
hüvelykujjába elhelyezett erőérzékelők fogás közben mérik a tárgyra gyakorolt
nyomást. Ezt az információt a berendezés a kar megmaradt részének idegcsonkjába
továbbítja, amely így a felhasználó agyába jut. A páciensek így szó szerint
érzik, ha megfogtak egy tárgyat, sőt, a jellegzetességeit, a nyomásnak való
ellenállását is érzékelik. Mindez alapvető fontosságú, ha egy biológiai kezet
szeretnénk utánozni.
A karprotézis hivatalos neve e-OPRA, amely az Integrum AB
által kialakított OPRA implantációs módszeren alapul. Az eljárás során a
protézist a végtagcsonk csontos vázához rögzítik az osszeointegráció (csontba
való beépítés) módszerével. Ezen felül a csonk idegeibe és izmaiba elektródokat
ültetnek be, az e-OPRA rendszer pedig ezeken keresztül továbbít mindkét irányba
jeleket az agy és a művégtag között – vagyis az agy olyasféle kapcsolatba lép a
művégtaggal, mint hajdan az igazival.
Forrás: Sara Manca /Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology
A művégtagot az elme irányítja a csonkba küldött idegi- és
izomimpulzusok segítségével, amelyeket az elektródok fognak fel és továbbítanak
a bőrön keresztül a protézisbe. Az agyi jeleket a kutatók által kifejlesztett,
a berendezésbe épített irányítóegység értelmezi. Ez az egység elég parányi
ahhoz, hogy elférjen a protézisben, ugyanakkor a jeleket bonyolult, mesterséges
intelligencián alapuló algoritmusok segítségével dolgozza fel. Az
irányítóegység kimenetét azok a jelek képezik, amelyek közvetlenül vezérlik a
műkéz mozgásait.
A tapintási érzékletek forrásai a műkéz hüvelykujjában
elhelyezett erőérzékelők. Ezek jelét az irányítóegység elektromos impulzusokká
alakítja, amelyeket a végtagcsonk idegébe vezetnek. Az ideg az agyhoz szállítja
a jeleket, amelyek a kézre gyakorolt nyomásként értelmezi azokat.
A végtagjaikat elvesztett páciensek gyakran számolnak be ún.
fantomérzékletekről: olyan érzésekről, amelyek mintha a már nem létező
végtagból származnának. Amikor a műkéz erőérzékelői működésbe jönnek, a
páciensek azt úgy érzik, mintha a fantomkezükből származna a tapintásérzet.
Hogy pontosan a fantomkéz melyik részéről, az egyénenként változik attól
függően, hogy a csonk mely idegei veszik fel az impulzusokat. A legenyhébb
nyomást olyannak érzékelik, mintha a bőrüket egy ceruza hegye érintené. Ahogy a
nyomás növekszik, az érzés – a páciensek beszámolói alapján – erősebbé és egyre
„elektromosabbá” válik.