Nowe spojrzenie na akceptację protez ręki przez osoby po amputacji
Współczesne protezy mogą być funkcjonalne i dobrze przystosowane do wykonywania codziennych zadań. Jednak od dawna ich wadą jest to, że często wyglądają inaczej i różnią się w dotyku od naturalnej ręki. W przypadku osób po amputacji może to powodować problem z poczuciem integralności ciała. Innymi słowy, osoby te nie czują, że ich sztuczna kończyna jest naprawdę integralną częścią ich samych.
Neurofizjologia poznawcza w projektowaniu protez
Kwestie związane z neurofizjologią poznawczą dotyczącą reprezentacji ciała nie zawsze były uwzględniane w projektach. Zagadnienie ucieleśnienia od dawna intryguje neurologa i inżyniera biomedycznego Giovanniego Di Pino, koordynatora projektu RESHAPE z Campus Bio-Medico University w Rzymie. „Neurofizjologia poznawcza w protetyce dotyczy tej części mózgu – pętli kontroli sensoryczno-motorycznej – która mówi, że twoja ręka jest twoja”, wyjaśnia. „Kiedy poruszasz ręką, a większość informacji wysyłanych do mózgu się zgadza, wówczas mózg mówi ci, że to twoja ręka”. Chcąc rozwinąć projektowanie protez w tym właśnie kierunku, zespół RESHAPE zdecydował się połączyć dyscyplinę inżynierii robotycznej i neuronowej z neurofizjologią kognitywną i somatosensoryczną. Badacze przeanalizowali, w jaki sposób mózg buduje reprezentację ciała zarówno u osób sprawnych, jak i po amputacji. Następnie starali się oni zidentyfikować specyficzne cechy protez, które pozwalają osiągnąć efekt ucieleśnienia. Osoba po amputacji prawdopodobnie odrzuci w pełni sprawną protezę, która nie daje poczucia realności. „W związku z tym umieściliśmy osoby po amputacji w specjalnie wygenerowanym środowisku rzeczywistości wirtualnej i zmieniliśmy cechy ich protez”, mówi Di Pino. „Pomysł polegał na zidentyfikowaniu cech, które sprawiają, że pacjent czuje protezę jak naturalną rękę”.
Poprawa plastyczności mózgu
Di Pino wyjaśnia, że ucieleśnienie jest procesem, którego mózg może się nauczyć. Odbywa się to na tej samej zasadzie jak w przypadku rakiety tenisowej, która z czasem staje się przedłużeniem ręki tenisisty lub pałek perkusyjnych, które stają się częścią ciała perkusisty. Zespół zbadał nowe paradygmaty fizyczne i kontrolne, aby usprawnić proces ucieleśniania. Zastosowano transfer nerwów w celu przekierowania „naturalnych” funkcji czuciowych i motorycznych utraconej ręki w kierunku mięśni piersiowych, gdzie stworzenie interfejsu było łatwiejsze. Drugiemu ochotnikowi wszczepiono implant w kość kikuta, aby nawiązać fizyczne połączenie między protezą a użytkownikiem. Wreszcie, wykorzystano modulowanie aktywności mózgu poprzez nieinwazyjną stymulację. Pomysł ten polegał na sprawdzeniu, czy można poprawić plastyczność mózgu, aby pomóc osobom po amputacji „nauczyć się” identyfikować protezę jaką część własnego ciała. Dokonano tego poprzez opracowanie autonomicznego zrobotyzowanego stymulatora magnetycznego zdolnego do neuromodulacji podczas wykonywania przez pacjenta ruchów głową oraz super selektywnego elektrycznego stymulatora sieci mózgowych.
Pomoc osobom po amputacjach w odczuwaniu integralności ciała
Sukces narzędzia do zwiększania plastyczności mózgu może przyczynić się do założenia firmy spin-offu i ewentualnej komercjalizacji rozwiązania. „Nieinwazyjna neurostymulacja ma zastosowanie nie tylko u osób po amputacji”, dodaje badacz. „Istnieje ogromny zakres potencjalnych zastosowań, w tym leczenie pacjentów z depresją, po udarach i z chorobą Alzheimera”. W międzyczasie zespół projektu będzie kontynuował prace, których celem jest pomoc osobom po amputacji w postrzeganiu protezy jako przedłużenia ich własnego ciała. Kolejne kroki obejmują zwiększenie wielkości próby i zbadanie wpływu sztucznej pętli sensomotorycznej powstającej między użytkownikiem i protezą, który wykracza poza samą reprezentację ciała. „Ostatecznym celem jest zapewnienie osobom po amputacji dyskretnej, łatwej do noszenia protezy, która zapewni im kontrolę”, mówi Di Pino. Techniki te mogą być również wykorzystywane do opracowywania funkcjonalnych egzoszkieletów i doprecyzowywania szerokiego zakresu interakcji między naturalnymi i sztucznymi elementami ludzkiego ciała.
Słowa kluczowe
RESHAPE, osoba po amputacji, protezy, neurofizjologia, protetyczny, mózg