Προσθετικά χέρια που συνδέονται με τα νεύρα κάνουν την αφή να αισθάνεται πραγματική

Προσθετικό χέρι

Ερευνητές έχουν βρει έναν τρόπο για να παράγουν ρεαλιστικές αισθήσεις της αφής σε δύο ανθρώπους οι οποίοι έχουν υποστεί ακρωτηριασμό, με απευθείας τόνωση του νευρικού συστήματος.

Και οι δυο άνδρες που έλαβαν μέρος στη μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Science Translational Medicine, έχασαν το ένα του χέρι μετά από τραυματικές κακώσεις.

Ερευνητές εμφύτευσαν νευρωνικές συσκευές ενσωματωμένες με ηλεκτρόδια οι οποίες συνδέθηκαν με το μέσο, ωλένιο και ακτινικό νεύρο του βραχίονα. Αυτά είναι τα ίδια νεύρα που θα μετέφεραν τα σήματα από το χέρι όταν ήταν ακόμα άθικτο.

«Αν θέλετε να δημιουργήσετε ένα επιδέξιο χέρι για χρήση σε έναν ακρωτηριασμένο ή τετραπληγικό ασθενή, θα πρέπει όχι μόνο να μπορείτε να το μετακινείται αλλά και να έχετε αισθητήρια ανατροφοδότηση από αυτό», αναφέρουν οι ερευνητές στη μελέτη τους. «Για να γίνει αυτό, πρέπει πρώτα να δούμε πώς το άθικτο χέρι και το άθικτο νευρικό σύστημα κωδικοποιεί αυτές τις πληροφορίες και, στη συνέχεια, στο βαθμό που μπορούμε, να προσπαθήσουμε να μιμηθούμε αυτό στη νευροπροσθετική».

Η ερευνητική ομάδα στη νέα μελέτη έλεγξαν συστηματικά την ικανότητα των υποκειμένων να διακρίνουν το μέγεθος των αισθήσεων που προκαλούνταν όταν τα νεύρα τους διεγείρονταν μέσω της διεπαφής. Δημιούργησαν ποικίλες πτυχές των σημάτων, όπως η συχνότητα και η ένταση του κάθε ηλεκτρικού παλμού. Ο στόχος ήταν να καταλάβουν αν υπήρχε ένας συστηματικός τρόπος για να χειραγωγήσουν το οργανοληπτικό μέγεθος.

Ένας εξωτερικός διεγέρτης (επάνω αριστερά) παραδίδει ηλεκτρική διέγερση μέσω διαδερμικών καλώδια σε ηλεκτρόδια που είναι εμφυτευμένα στο μέσο, ωλένιο, και ακτινικό νεύρο στο άνω άκρο του ακρωτηριασμένου μέλους του ασθενή (κάτω αριστερά). Κάθε επαφή του ηλεκτροδίου προκαλεί αισθητικές αντιλήψεις σε μικρές περιοχές του ελλείποντος μέρους του χεριού

Ένας εξωτερικός διεγέρτης (επάνω αριστερά) παραδίδει ηλεκτρική διέγερση μέσω διαδερμικών καλωδίων σε ηλεκτρόδια που είναι εμφυτευμένα στο μέσο, ωλένιο, και ακτινικό νεύρο στο άνω άκρο του ακρωτηριασμένου μέλους του ασθενή (κάτω αριστερά). Κάθε επαφή του ηλεκτροδίου προκαλεί αισθητικές αντιλήψεις σε μικρές περιοχές του ελλείποντος μέρους του χεριού

Πρόσφατα ερευνητές μέσω μιας άλλης μελέτης, ανακοίνωσαν ότι για πρώτη φορά, ένας παράλυτος ασθενής ήταν σε θέση να βιώσει την αίσθηση της αφής μέσα από ένα ρομποτικό βραχίονα τον οποίο έλεγχε μέσω του εγκεφάλου του. Οι ερευνητές, είχαν διασυνδεθεί απευθείας με τον εγκέφαλο του ασθενούς, μέσω μιας σειράς ηλεκτροδίων που είχαν εμφυτευτεί στην περιοχή του εγκεφάλου που ελέγχει τις κινήσεις των χεριών και της αφής, κάτι το οποίο επέτρεψε στον ασθενή να μετακινεί τον ρομποτικό βραχίονα αλλά και να αισθάνεται αντικείμενα μέσω αυτού.

Προηγούμενη έρευνα επίσης προέβλεψε το πως το νευρικό σύστημα διακρίνει την ένταση της αφής, για παράδειγμα, διαμέσου του πόσο σκληρά ένα αντικείμενο πιέζεται πάνω στο δέρμα. Αυτή η έρευνα πρότεινε ότι ο αριθμός των φορών που συγκεκριμένα νευρικά κύτταρα ανταποκρίνονται σε ένα ερέθισμα, διαδικασία γνωστή ως «population spike rate», καθορίζει την αντιληπτή ένταση ενός δεδομένου ερεθίσματος.

Τα ευρήματα της νέας μελέτης επαληθεύουν αυτή την υπόθεση: ένα μόνο χαρακτηριστικό της ηλεκτρικής διέγερσης, που ονομάζεται «activation charge rate – ρυθμός ενεργοποίησης διέγερσης», βρέθηκε να καθορίσει τη δύναμη της αίσθησης. Με την αλλαγή του ρυθμού ενεργοποίησης οι ερευνητές μπόρεσαν να αλλάξουν τα αισθητικά μεγέθη με ένα άκρως προβλέψιμο τρόπο. Στη συνέχει η ερευνητική ομάδα έδειξε ότι ο ρυθμός ενεργοποίησης είναι επίσης στενά συνδεδεμένος με την προκληθείσα population spike rate.

Παραπομπές

Emily L. Graczyk, Matthew A. Schiefer, Hannes P. Saal, Benoit P. Delhaye, Sliman J. Bensmaia, Dustin J. Tyler. The neural basis of perceived intensity in natural and artificial touch. Science Translational Medicine (2016). DOI: 10.1126/scitranslmed.aaf5187

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *