Michigan Üniversitesi, beyin bilinci tarafından kontrol edilen ve aynı zamanda "taş kağıt makas" da oynayabilen protez bir uzuv geliştirdi.
Makale Akademik Başlıklar
5 Mart'ta, beyin kontrollü protezler alanındaki önemli bir makale, Michigan Üniversitesi'nden araştırmacılar tarafından "Science", "Science Translational Medicine" adlı alt dergide yayınlandı. Yeni bir sinirsel arayüz teknolojisi sayesinde, tam olarak bilinç tarafından kontrol edilen bir protez geliştirildi.
Spesifik olarak, araştırmacılar, ampute kolunun ucundaki sinirler tarafından gönderilen zayıf sinyalleri güçlendirerek, amputenin taktıkları protez parmakları gerçek zamanlı ve hassas bir şekilde kontrol etmesini sağlar.
Bu amaca ulaşmak için araştırmacılar, beyin-bilgisayar arayüzü alanında kullanılan mikro kas nakli ve makine öğrenme algoritmalarından öğrendiler ve dağınık sinir sonlandırma sinyallerini "ehlileştirebilen" bir yöntem geliştirdiler. Bu yöntem kalın sinir demetlerini ikiye bölebilir. Daha ince sinir lifleri, beyin tarafından sinir terminallerinin daha hassas kontrolünü sağlamak için bu sinirler tarafından iletilen sinyalleri güçlendirir.
Michigan Üniversitesi Tıp Fakültesi Biyomedikal Mühendisliği Profesörü Paul Cederna şunları söyledi: " Bu, uzun yıllardır ampüteler için hareket kontrolü alanındaki en büyük ilerlemedir Hastanın ekli protez parmakları bağımsız olarak kontrol etmesini sağlamak için hastanın uzuvlarındaki artık sinirleri kullanan bir teknoloji geliştirdik. Bununla birlikte, dünyadaki en gelişmiş protezlerden bazılarını sağlayabiliriz. "
Protezi sezgisel olarak kontrol edin
"Bir proteze pek çok şey yaptırabilirsiniz, ancak bu kişinin protezi içgüdüsüyle kendi isteğiyle kontrol edebileceği anlamına gelmez."
Araştırmanın eş liderlerinden biri ve Michigan Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü'nde doçent olan Cindy Chestek, "Diğer yöntemlerden farkı, teknolojimizin şunları başarabilmesidir: Öğrenmeye gerek yoktur ve protez uzuv yalnızca ilk kullanıldığında beyin üzerinden düşünülerek kontrol edilebilir. İlk denediğimizde başardık ve test edilen hastaların öğrenme şansı yoktu ve tüm öğrenme algoritmada yürütüldü. "
Araştırmacılar, tamamı biyonik Luke kolu takan 4 amputasyon hastası üzerinde bir yıllık bir deney yaptı. Luke'un kolu bir çeşit robotik protez ... Luke'un adı, yaralı kolunu robotik bir kolla değiştiren "Star Wars" dizisindeki bir karakterden geliyor. 2014 yılında, çok izlenen bu robotik kol ABD Gıda ve İlaç Dairesi tarafından onaylandı.
Araştırma katılımcısı Joe Hamilton 2013'te bir havai fişek kazasında kolunu kaybetti. Test edildikten sonra şunları söyledi: " Sanki tekrar elin varmış gibi, bu eli yapabileceğin her şeyi yapmak için kullanabilirsin, sana kolunun normal olduğu hissini geri getiriyor. "
Araştırma katılımcıları kollarını eve götürüp kendi başlarına kullanamasalar da, laboratuvarda blokları kaldırmak, parmaklarını hareket ettirmek, küre şeklindeki nesneleri almak vb. İçin pense kullanabilirler ve hatta "makas" oynayabilirler. "Taş kumaş" oyunu.
Her zaman, Yapay uzuvların bilinçli kontrolünün önündeki en büyük engellerden biri, biyonik uzuvlar için güçlü ve kararlı sinir sinyallerinin nasıl sağlanacağıdır. Beyin-bilgisayar arayüzü araştırması alanındaki bazı araştırma grupları, beynin robotik kol üzerindeki kontrolünü doğrudan gerçekleştirmeyi umarak, atılım noktasını ana kaynak "beyin" üzerine koydular.
Aslında, ampütasyon hastaları için, beyinden ve omurilikten uzanan periferik sinir ağı hala heyecan halindedir.Bu uzuvların artık sinirlerinden "arayüz" bulmak teorik olarak en uygun ve doğrudandır, ancak araştırmacılar bunu yapamadı. Uzun vadeli bir çözüm bulun.
Bunun nedeni, artık sinir sinyallerinin çok zayıf olmasıdır. Bu sinyalleri elde etmenin bazı yöntemlerinde "zorla telefon dinleme" dedektörleri kullanılır. Araştırmacılar bazen onlara "sinirlere çivi" diyorlar, ancak bu yöntem Yara dokusuna yol açacak ve zamanla bu yara dokusu zaten zayıf olan sinyali daha kafa karıştırıcı hale getirecektir.
Sinir sinyali edinimindeki kısıtlılığı çözmek için Michigan Üniversitesi'ndeki araştırma ekibi daha iyi bir yöntem önerdi: Hastanın kolunun sinir uçlarının etrafına minyatür bir kas grefti sardılar. Kas grefti üç ay içinde rejenere ve rejenere oldu. Oluşacak sinirler ve kan damarları geliştirin " Rejeneratif periferik sinir arayüzleri (RPNI'ler) "Kesilen sinir için yeni doku sağlamak için. Bu sinirsel arayüz, yeniden kalibre edilmeden 300 güne kadar çalışabilir.
Bu yöntem sadece nöromun büyümesini etkili bir şekilde engellemekle kalmaz, böylece protezin neden olduğu ağrıyı önler, aynı zamanda kas grefti sinir sinyallerini güçlendirir. Kalan sinir sinyali için bir "amplifikatör" sağlamaya eşdeğerdir .
Spesifik test sürecinde, araştırmacılar iki ampute hastanın kas greftlerine elektrotlar implante ettiler.Bu elektrotlar, kalan uzuv sinirlerinden gelen sinyalleri kaydeder ve daha sonra süper elde etmek için gerçek zamanlı olarak bunları dönüştürüp proteze iletmek için makine öğrenme algoritmalarını kullanır. Hassas kontrol.
Chestek, "Bildiğim kadarıyla önceki tüm sonuçlara kıyasla nöral kaydın maksimum voltajını gördük. Önceki yöntemde 5µV veya 50µV gibi çok zayıf bir sinyal alabilirsiniz. Bu yöntemle biz Şimdiye kadarki ilk mV seviyesi sinyalini gördük. Bu nedenle, Artık protez hastaları için yepyeni bir dünya açan tek baş parmak hareketleri, çok serbestlik dereceli başparmak hareketleri ve insan parmaklarıyla ilgili sinyalleri okuyabiliriz. "
Bilim kurgu geleceği
2019 yılında, Utah Üniversitesi biyomedikal mühendisliği ekibi, Science Robotics dergisinde benzer bir çalışma yayınladı ve Utah Slanted Electrode Array'i geliştirdiler. 100 mikroelektrot ve telden oluşurlar, amputenin ön kolundaki sinirlere implante edilebilir ve vücut dışındaki bir bilgisayara bağlanabilir.
Bu dizi aracılığıyla araştırmacılar, koldan gelen sinir sinyallerini analiz edebilir, bir bilgisayar aracılığıyla dijital sinyallere dönüştürebilir ve ardından robotik kolun hareketini yönlendirebilir. daha önemlisi, Araştırmacılar, robotik kolu kontrol etmek için beyin sinyallerini gerçekleştirmenin yanı sıra, beynin robotik kolu dokunsal algısını da fark ettiler.
Luke'un bu sinyal sistemiyle donatılmış kolunu takarak, ampüteler yumuşak veya sert nesneler üzerinde normal insanlar gibi hissedebilir ve yumurta toplamak veya üzüm toplamak gibi bazı hassas görevleri yerine getirebilirler. , Öğeleri aşırı ezmemek için.
Bu sefer, Michigan Üniversitesinin yeni teknolojisi, protezi kontrol etmek için daha ince sinir sinyalleri üretebilir. Beyin-bilgisayar arayüzü ve sinirsel arayüz teknolojisinin sürekli gelişimi ve ilerlemesiyle, bilim kurgu filmlerindeki çeşitli esnek kontrol ve güçlü biyonik robotik kolların yakın gelecekte bir gerçeklik haline geleceği düşünülebilir.
Araştırmacılar şöyle dedi: Bu bulgular, beyin kontrollü protezlerin araştırma alanında yeni olanaklar açtı. Deneysel sonuçlar ayrıca hastaya kadar olan artık sinir sinyallerinin beyin kontrolünde öğrendiğimiz tüm bilgileri sinir kontrolüne uygulamak için yeterli olduğunu kanıtladı.
"Science Translational Medicine" makalesinin ilk yazarı ve Michigan Üniversitesi'nde biyomedikal mühendisliği araştırmacısı olan Philip Vu, "Buna başka araştırma grupları da katkıda bulundu, ancak mevcut protezlerin yeteneklerini aştık. Bence burası bir protez şirketi. Gelecekte daha fazla gelişme, güçlü bir ivme sağlar. "
Anlaşılan budur ki En son teknolojiye dayalı ultra hassas biyonik protezlerin klinik denemeleri devam etmektedir. , Araştırma ekibi deneysel katılımcıları işe almaya başladı.
Cederna, "Oturup protez takan bir adamın 10 yıl önce hayal bile edilemeyecek bir şey yapmasını izlemek çok sevindirici. Deneklerimiz için mutluyum ve yapabileceğim Yardım eden herkes mutlu hissettiriyor. "
Referans malzemeleri:
https://www.eurekalert.org/emb_releases/2020-03/uom-ly022720.php
https://www.eurekalert.org/emb_releases/2020-03/aaft-rni030220.php
