Kāju protezēšana uzlabo veselību

Šveices federālais tehnoloģiju institūts Z rich

Pārbaudēs tika izmantota tirdzniecībā pieejama protēze ar augsto tehnoloģiju elektronisko ceļa locītavu. © ETH Cīrihe
lasīt skaļi

Pirmo reizi divi cilvēki ar kājas amputāciju virs ceļa reālā laikā izjūt savu mākslīgo pēdu un mākslīgo kāju. To padara iespējamu jauna bioniska protēze ar sensoriem, kas savienoti ar augšstilba nerviem. Pateicoties neirofeedback, zobu protēžu nēsātājiem ir lielāka pārliecība par mākslīgo locekli, staigāšana viņiem ir mazāk fiziski un garīgi nogurdinoša, un viņi mazāk cieš no fantoma sāpēm.

Cilvēki ar neskartām kājām jūtas, kad pārvietojas ceļos vai kad pēdas pieskaras zemei. Jūsu nervu sistēma pastāvīgi izmanto šādas maņu atsauksmes, lai precīzi kontrolētu muskuļus. Tomēr ikviens, kam jāvalkā protezējoša kāja, precīzi nezina, kur atrodas protēze un kā tā pārvietojas. Šiem cilvēkiem ir grūti uzticēties protezēšanas staigāšanai, un viņi bieži vien pārāk daudz paļaujas uz neskarto kāju. Tāpēc viņu mobilitāte ir ierobežota un tie ātri nogurst. Turklāt cilvēki ar amputētu ekstremitāti bieži cieš no fantoma sāpēm, kuras ir grūti pārvaldīt ar medikamentiem.

Starptautiskā pētnieku grupa, kuru vadīja ETH Cīrihe un Sensars starta vieta Lozannā, tagad ir izstrādājusi saskarni, lai savienotu kāju protēzi ar lietotāja augšstilba nerviem un tādējādi sniegtu sensoro atgriezenisko saiti. Pētījumā sadarbībā ar Belgradas universitāti zinātnieki pārbaudīja šo neirofeedback sistēmu diviem brīvprātīgajiem, kuriem viena kāja bija amputēta virs ceļa.

"Mūsu priekšizpēte parāda, cik labvēlīga kāju amputēto veselībai ir protezēšana, kas darbojas ar neironu implantiem, lai atjaunotu maņu atgriezenisko saiti, " saka Stanisa Raspopoviča, Robotikas un inteliģento sistēmu institūta profesore, ETH Cīrihe. Viņš un viņa kolēģi par to ziņo pašreizējā žurnāla Nature Medicine numurā.

Pārveidojiet mākslīgos signālus dabiskos

Pētījumā zinātnieki izmantoja tirdzniecībā pieejamu protēzi ar augsto tehnoloģiju elektronisko ceļa locītavu. Viņi piestiprināja skāriena sensorus pie protēzes pēdas zoles. Trīs mēnešu ilgā pētījuma laikā ķirurgi brīvprātīgo augšstilbos ievietoja sīkus elektrodus un savienoja tos ar tur esošajiem kāju nerviem. displejs

"Operācijas mērķis bija elektrodus novietot pareizajās vietās nerva iekšpusē, lai ļautu atjaunot mūža maņu atgriezenisko saiti un elektrodu stabilitāti, " saka Marko Bumbasirevičs, Profesors un ortopēdiskais mikroķirurgs Serbijas klīniskajā centrā Belgradā, kurš bija atbildīgs par elektrodu implantāciju. Elektrodus izstrādāja pētnieki no Freiburgas universitātes iBr., protēzes nāca no protēžu ražošanas uzņēmuma ssur, abi aktīvi iesaistījās projektā.

Pētnieku grupa izstrādāja algoritmus, lai tulkotu taktilā sensora informāciju uz pēdas zoles, kā arī kustības sensorus elektroniskajā ceļa locītavā pašreizējos impulsos nervu sistēmas valodā . Elektrodi nodeva šos impulsus nervam, un daba rūpējās par pārējo: nervu signāli tika pārraidīti uz smadzenēm, ļaujot valkātājiem uztvert protēzi un attiecīgi pielāgot savu gaitu. Mašīna un korpuss kļuva par vienu vienību.

Mazāk pūļu, ejot

Pētījuma ietvaros subjekti aizpildīja virkni testu, pārmaiņus ar neirofeedback vai bez tā. Rezultāti parādīja, cik pozitīvas bija atsauksmes: pastaigas ar neirofeedback subjektiem bija fiziski mazāk intensīvas, kā rezultātā tika ievērojami samazināts skābekļa patēriņš. Garīgi staigāšana ar neirofeedback bija mazāk spraiga, kā pētnieki parādīja ar smadzeņu aktivitātes mērījumiem. Priekšmetiem nevajadzēja tik daudz koncentrēties uz staigāšanu, tā vietā viņi varēja koncentrēt savu uzmanību uz citiem uzdevumiem.

Sarežģītā pārbaudījumā subjektiem bija jāiet pāri smiltīm. Atsauksmes ļāva viņiem iet daudz ātrāk. Aptaujā subjekti apgalvoja, ka neirofeedings ievērojami palielināja viņu pārliecību par protezēšanu.

Mazāk fantoma sāpes

Nervu sistēmas saskarni var izmantot arī nervu stimulēšanai neatkarīgi no protēzes. Pirms pētījuma uzsākšanas abi pētījuma dalībnieki sūdzējās par fantoma sāpēm. Savo panika, viens no subjektiem, fantoma sāpju dēļ bieži pamodās naktī. Pirms, ka man nav ievainots mans lielais purngals, mana pēda, papēdis, augšstilbs un teļš viss sāp, un tajā pašā laikā man visa tā nebija, viņš saka. Viena mēneša neirostimulācijas terapijas programmas ietvaros zinātniekiem izdevās ievērojami samazināt šīs sāpes vienam panikas subjektam, sāpes pat pilnībā izzuda. "Kopš es sāku neirostimulāciju, man nav fantomu sāpju, " viņš saka.

Šie rezultāti pētniekiem ir optimistiski. Tomēr viņi norāda, ka, lai izdarītu ticamākus secinājumus, ir nepieciešams ilgāks pētījums, kurā lielāks skaits subjektu pārbauda sistēmu ikdienas dzīvē. Uz ierobežotu laiku klīniskajā izpētē signālus no protēzes veica caur ādu caur ādu līdz elektrodiem augšstilbā. Tas nozīmēja, ka subjektiem bija jāveic regulāras medicīniskās pārbaudes. Lai no tā izvairītos, zinātnieki vēlas izveidot pilnīgi implantējamu sistēmu. "Uzņēmumā Sensars mēs plānojam attīstīt bezvadu neirostimulācijas ierīci, kuru var pilnībā implantēt un laist tirgū tāpat kā elektrokardiostimulatoru, " sacīja Sensars izpilddirektors Frančesko Petrīni. (Dabas medicīna, doi: 10.1038 / s41591-019-0567-3)

- redakcijas scinexx