Zaawansowane protezy kończyn mogą wkrótce zmienić życie milionów osób po amputacji
W Europie żyją ponad 2 miliony ludzi po amputacji kończyn. Postępy w dziedzinie protetyki, osiągnięte dzięki funduszom unijnym, dają nadzieję na radykalną poprawę życia takich osób. Projekt INPUT zajmuje czołowe miejsce wśród tego rodzaju badań. Inicjatywa INPUT wykorzystała zdobycze dwóch wcześniejszych projektów badawczych finansowanych przez UE: AMYO i MYOSENS, które były poświęcone przekształcaniu sygnałów biologicznych w organizmie w ruch sztucznych kończyn. Co ważne, naukowcom udało się uzyskać jednoczesną i proporcjonalną kontrolę w dwóch stopniach swobody. Projekt INPUT, bardziej niż na tworzeniu nowych technik, skupiał się na udoskonaleniu dotychczasowych rozwiązań, aby przybliżyć je do komercyjnego wdrożenia u dużej liczby osób po amputacji. „Głównym założeniem projektu INPUT było opracowanie i szeroko zakrojone przetestowanie systemu lepszej kontroli protetyki kończyn górnych, obejmującej ulepszony sprzęt i oprogramowanie oraz szkolenie i rehabilitację pacjentów”, mówi Sebastian Amsüss, koordynator naukowy w firmie Otto Bock Healthcare i koordynator projektu INPUT.
Zasada działania
Proteza działa poprzez interpretację sygnałów mięśniowych pochodzących ze szczątkowej kończyny. „Ruch jest inicjowany przez mózg poprzez aktywację określonych neuronów. Impulsy te przemieszczają się w dół po rdzeniu kręgowym, trafiają do nerwów obwodowych i ostatecznie docierają do mięśni”, wyjaśnia Amsüss. Neurony ruchowe aktywowane w mózgu inicjują fizyczny ruch mięśni, które kurczą się, przekazując informacje elektryczne odbierane przez czujniki w protezie. „Bodziec elektryczny w mięśniu jest praktycznie taki sam – choć wzmocniony i pomnożony – jak ten wychodzący z mózgu. Można by to porównać to prostego połączenia elektrycznego wykorzystującego kable”, dodaje Amsüss. W przypadku amputowanych dłoni jest to możliwe, gdyż wiele mięśni poruszających nadgarstkiem, dłonią i palcami znajduje się w rzeczywistości w przedramieniu. Aby to sprawdzić, wystarczy zacisnąć prawą pięść lub poruszyć palcami, chwytając lewą dłonią prawe przedramię tuż poniżej łokcia. „Dlatego też po amputacji dłoni wiele mięśni, które kiedyś ją kontrolowały, pozostaje nienaruszonych, co oznacza, że osoba po amputacji może ciągle inicjować na przykład ruch nadgarstka. Odbywa się to na bardzo podobnej zasadzie jak przed amputacją – z mózgu wysyłane są te same polecenia, które trafiają do mięśni. Nazywamy to poruszaniem kończyną fantomową”, wyjaśnia Amsüss.
Trudności, z którymi musieli poradzić sobie naukowcy
Ramy czasowe projektu nie były wystarczające, aby stworzyć niezawodne i solidne rozwiązania w zakresie wszystkich celów przyjętych w projekcie. Na przykład, jeśli chodzi o rozwój sprzętu, zespół zakładał opracowanie zupełnie nowej, zintegrowanej techniki elektrod, która okazała się być bardziej skomplikowana, niż przewidywano. Niemniej jednak udało się zgromadzić obszerną wiedzę i doświadczenia, które będą istotne dla dalszych prac. „Uzyskaliśmy kilkanaście wersji materiałów do wyściełania elektrod, kombinacji materiałów i technik wytwarzania, przetestowaliśmy dużą liczbę algorytmów uczenia maszynowego oraz opracowaliśmy trzy nowe gry rehabilitacyjne na komputery PC, umożliwiające prowadzenie ćwiczeń z pacjentami. Wszystkie te prace pozwoliły na uzyskanie cennych informacji technicznych, mimo że nie udało nam się jak na razie połączyć ich w jeden system”, podsumowuje Amsüss.
Słowa kluczowe
INPUT, protetyka, zaawansowane, chwytanie, kończyna, elektryczne, sygnały
