Bioniczna proteza sterowana za pomocą umysłu. Wizja z science-fiction staje się rzeczywistością

Przełomowa technologia opracowana przez szwedzkich lekarzy pozwoli na pełną kontrolę, nad każdym palcem bionicznej protezy. To pierwsza na świecie proteza, którą można sterować za pomocą umysłu. Otwierają się nowe perspektywy dla osób po amputacjach, przynosząc nadzieję na powrót do pełnej funkcjonalności.

Tonney to 54-letni mężczyzna ze Szwecji, który stał się wybrańcem i jednocześnie głównym bohaterem tej niezwykłej technologii medycznej. Stracił rękę w wypadku przy pracy. Teraz nie tylko odzyskał kończynę, ale dzięki innowacyjnej technologii może poruszać każdym palcem swojej bionicznej dłoni za pomocą myśli. Aby bioniczna proteza leżała idealnie, mężczyzna musiał przejść przez chirurgiczne modyfikacje pozostałej kończyny tak, aby umożliwić mięśniom ramienia manipulowanie protezą dłoni.

Choć idea samych protez nie jest już niczym zaskakującym, koncepcja związana ze stworzeniem bionicznej protezy, która działa praktycznie tak samo jak standardowa ludzka dłoń, dostarcza naukowych dreszczy entuzjazmu. Do tej pory podobne działania nie przynosiły oczekiwanych skutków ze względu na to, że precyzyjne sterowane palcami protezy było poza zasięgiem pacjentów.

Przy klasycznej protezie wygląda to w ten sposób, że wywoływane przez mięśnie skurcze dostarczają impulsów, które są przetwarzane przez elektrody umieszczone w protezie. Rezultatem jest uruchomienie małych silników, które z kolei powodują ruch.

Bioniczna proteza już zmienia życie

Tonney odzyskał pełną funkcjonalność i obecnie może wykonywać codzienne czynności, które niegdyś były dużym utrudnieniem. Jak podaje pap.pl, mężczyzna korzysta z powodzeniem ze śrubokręta, nalewa wody do szklanki i chwyta różne przedmioty.

Naukowcy zainteresowani tym przypadkiem zgodnie stwierdzili, że jest to pierwszy taki przypadek, gdzie osoba z amputacją powyżej łokcia może swobodnie „kontrolować każdy palec bionicznej ręki”.

Główne wyzwania dla naukowców

Profesor Max Ortiz Catalan, który piastuje funkcję dyrektora założyciela renomowanego Centrum Bioniki i Badań nad Bólem w Szwecji (dalej: CBPR), jest pionierem w swojej dziedzinie. Centrum jest wielodyscyplinarnym miejscem działającym przy Uniwersytecie Technicznym Chalmersa, Szpitalu Uniwersyteckim Sahlgrenska oraz Akademii Sahlgrenska. Zasięgano również wiedzy eksperckiej naukowców z innych krajów.

Profesor Catalan przyznał, że wcześniej technologia ta była demonstrowana tylko i wyłącznie w przypadku amputacji przeprowadzonych poniżej łokcia ze względu na to, że istnieje tam wiele mięśni przedramienia, które kontrolują palce. Catelan i jego zespół poszli o krok dalej i zastosowali czujniki elektrod oraz tytanowy implant kostny, abo połączyć ramię Tonneya z bioniczną protezą. Ten tytanowy implant okazał się być strzałem w dziesiątkę; był znacznie wygodniejszy i bardziej stabilny, „silniej zakotwiczony” w pozostałej kości, niż tradycyjne mocowania protez. Te ostatnie nie są zbyt stabilne i zazwyczaj powodują dyskomfort.

Naukowcy musieli również zmierzyć się z wyzwaniem związanym z ograniczonymi sygnałami nerwowymi w amputowanej kończynie, które były zbyt słabe, aby mogły być precyzyjnie wychwycone także przez elektrody. Zespół podjął zdecydowane działania i przekonfigurował te nerwy, przypisując im nowe cele w istniejących mięśniach. Dzięki temu udało się „wzmocnić” sygnały, co pozwoliło Tonneyowi na pełną kontrolę nad każdym palcem protezy.

Bioniczna proteza to efekt działań na kilku płaszczyznach

Wiele pisaliśmy już o tym, że sztuczna inteligencja rewolucjonizuje od dłuższego czasu wszystkie dziedziny życia. Nie inaczej było w tym przypadku, ponieważ kluczową rolę w umożliwieniu Tonney’owi kontrolowania bionicznej ręki są wykorzystane algorytmy uczenia maszynowego. Pozwalają one na tłumaczenie intencji użytkownika na konkretne ruchy protezy.

Kluczowym elementem naszej pracy jest kliniczne zastosowanie bardziej precyzyjnych procedur chirurgicznych oraz osadzenie sensorów w strukturach neuromięsniowych w trakcie operacji. Łączymy je z elektronicznym systemem protezy za pomocą zintegrowanego z kością interfejsu. Algorytmy sztucznej inteligencji zajmują się resztą — wyjaśniali naukowcy.

Profesor Catalan wyjaśnił, że wraz z zespołem zastosowali zintegrowane podejście, łącząc chirurgię i inżynierię, aby rozwiązać ten złożony problem. W praktyce oznaczało to redystrybucję neuronowych sygnałów motorycznych do różnych typów docelowych mięśni, działających jako biologiczne wzmacniacze.

Jaśniejsza przyszłość dla osób po amputacjach

Operacja odbyła się w Szpitalu Uniwersyteckim Sahlgrenska, a przeprowadził ją dr Paolo Sassu, który jest znany z pierwszego w Skandynawii przeszczepu ręki. Tonney używa swojego bionicznego ramienia w codziennym życiu już od ponad trzech lat.

Niesamowita podróż, którą podjęliśmy razem z inżynierami z CBPR, umożliwiła nam połączenie nowych technik mikrochirurgicznych z zaawansowanymi, wszepianymi elektrodami, które zapewniają kontrolę pojedynczych palców w protezie ramienia i jednocześnie przekazują sensoryczne informacje zwrotne. Pacjenci po amputacji ramienia mogę teraz dostrzec jaśniejszą przyszłość — zaznaczył dr Sassu.

Bioniczność ma jednak zastosowanie nie tylko w przypadku protez. Niedawno informowaliśmy też o bionicznym czytaniu, które otwiera drogę do zdecydowanie szybszego czytania.