Istraživači su otkrili ultra preciznu, umom kontroliranu protetiku: 'Kao da opet imate ruku'


Sve Vijesti

Kao veliki napredak u umno kontroliranoj protetici za amputirane osobe, istraživači sa Sveučilišta Michigan prisluškivali su slabe, latentne signale iz ruku ruku i pojačali ih kako bi omogućili intuitivnu, intuitivnu kontrolu robotske ruke u razini prsta.

Da bi to postigli, istraživači su razvili način za pripitomljavanje temperamentnih živčanih završetaka, razdvajanje debelih živčanih snopova u manja vlakna koja omogućuju precizniju kontrolu i pojačavanje signala koji prolaze tim živcima. Pristup uključuje sitne mišićne kaleme i algoritme za strojno učenje posuđene iz polja sučelja mozak-stroj.


'Ovo je najveći napredak u kontroli motora za ljude s amputacijama u posljednjih nekoliko godina', rekao je Paul Cederna, koji je kolegijski profesor plastične kirurgije Robert Oneal na Medicinskoj školi U-M, kao i profesor biomedicinskog inženjerstva.

„Razvili smo tehniku ​​za pružanje individualne kontrole prstima protetskih uređaja pomoću živaca u rezidualnom udu pacijenta. Pomoću nje uspjeli smo pružiti neke od najnaprednijih protetskih kontrola koje je svijet vidio. '

IZGLED: Tinejdžerica se može vratiti u školu nakon što je prošla besplatnu operaciju kako bi ispravila svoju ekstremnu lučnost

Cederna zajedno vodi istraživanje sa Cindy Chestek, izvanrednom profesoricom biomedicinskog inženjerstva na UM M College of Engineering. U radu objavljenom ovog tjedna u Znanost Translacijska medicina , opisuju rezultate s četvoricom sudionika studije koristeći ruku Mobius Bionics LUKE.

Intuitivna protetska kontrola djeluje u prvom pokušaju

“Možete natjerati protetsku ruku da radi puno stvari, ali to ne znači da je osoba intuitivno kontrolira. Razlika je u tome kad to djeluje u prvom pokušaju samo razmišljajući o tome, a to je ono što naš pristup nudi - rekao je Chestek. “Ovo je uspjelo prvi put kad smo to probali. Za sudionike nema učenja. Sva učenja se odvijaju u našim algoritmima. To se razlikuje od ostalih pristupa. '

PROVJERI: Nakon gledanja brata kako odustaje od vrtlarenja, Man dizajnira vrtove za stol za ljude u invalidskim kolicima


Iako sudionici studije još ne smiju odnijeti ruku kući, u laboratoriju su mogli podići blokove hvataljkom; pomičite njihov palac u kontinuiranom pokretu, umjesto da birate iz dva položaja; podizati predmete sfernog oblika; pa čak i svirati u verziji Rock, Paper, Škare pod nazivom Rock, Paper, Klešta.

'To je kao da opet imate ruku', rekao je sudionik studije Joe Hamilton, koji je ruku izgubio u nesreći s vatrometom 2013. 'S tom rukom možete učiniti sve što možete s pravom rukom. Vraća vas u osjećaj normalnosti. '

Joe Hamilton, sudionik RPNI studije Sveučilišta u Michiganu, prirodno koristi svoj um kako bi kontrolirao DEKA protetsku ruku kako bi stegnuo mali patentni zatvarač na platformi za testiranje razvoja ruku. Foto Evan Dougherty / Michigan Engineering.

Pretvaranje malenog mišićnog grafta u pojačalo živčanog signala

Jedna od najvećih prepreka u umno kontroliranoj protetici je prisluškivanje snažnog i stabilnog živčanog signala za hranjenje bioničkog uda. Neke istraživačke skupine - one koje rade na polju sučelja mozak-stroj - idu sve do primarnog izvora, mozga. To je neophodno u radu s ljudima koji su paralizirani. Ali invazivan je i visokorizičan.

Ljudima s amputacijama periferni živci - mreža koja se izbacuje iz mozga i leđne moždine - bili su zanimljivi, ali još uvijek nisu doveli do dugoročnog rješenja iz nekoliko razloga: Živčani signali koje prenose su mali . A drugi pristupi hvatanju tih signala uključivali su sonde koje su prisluškivane silom. Ti 'čavli u živcima', kako ih istraživači ponekad nazivaju, dovode do ožiljnog tkiva koje pomutnjava s vremenom već nesvjestan signal.


U-M momčad je smislila bolji način. Omotali su sitne mišićne cijepke oko živčanih završetaka u rukama sudionika. Ova 'regenerativna sučelja perifernih živaca' ili RPNI nude presječenim živcima novo tkivo na koje se mogu zakačiti. To sprječava rast živčanih masa nazvanih neuromi koje dovode do fantomske boli udova. I daje živcima megafon. Grafički mišići pojačavaju živčane signale. Dvojici pacijenata ugrađene su elektrode u mišićne graftove, a elektrode su mogle zabilježiti te živčane signale i proslijediti ih na protetsku ruku u stvarnom vremenu.

VIŠE: Otac koristi podvodnu terapiju kako bi obnovio motoričku funkciju svog paraliziranog sina - a sada to čini i drugima

'Prema mojim saznanjima, vidjeli smo najveći napon zabilježen iz živca u usporedbi sa svim prethodnim rezultatima', rekao je Chestek. “U prethodnim pristupima mogli biste dobiti 5 mikrovolta ili 50 mikrovolta - vrlo vrlo male signale. Vidjeli smo prve ikad milivoltne signale.

„Dakle, sada možemo pristupiti signalima povezanim s pojedinačnim kretanjem palca, višestepenskim pokretom palca, pojedinačnim prstima. To otvara čitav novi svijet za ljude koji su korisnici proteza za gornje udove. '


A njihovo sučelje već traje godinama. Drugi se razgrađuju u roku od nekoliko mjeseci zbog ožiljnog tkiva.

Budućnost istraživanja i industrije protetike

Nalazi također otvaraju nove mogućnosti za to područje, rekao je Chestek, čija je stručnost u algoritmima strojnog učenja u stvarnom vremenu za prevođenje neuronskih signala u namjeru kretanja.

'Ono što smo otkrili sada su živčani signali dovoljno dobri da na nadzor živaca primijene cijeli svijet stvari koje smo naučili u algoritmima za kontrolu mozga', rekla je.

GLEDATI: Slijepi čovjek razvija pametni štap koji koristi Google karte i senzore za prepoznavanje nečije okoline


Pristup generira signale za finije pokrete od onoga za što su sposobne današnje protetske ruke.

“I druge istraživačke skupine tome su pridonijele, ali mi smo preskočili mogućnosti protetskih ruku koje su trenutno dostupne. Mislim da je ovo snažna motivacija za daljnji razvoj tvrtki koje proizvode protetske ruke ”, rekao je Philip Vu, istraživač u biomedicinskom inženjerstvu i prvi autor članka.

Kliničko ispitivanje je u tijeku. Tim traži sudionike.

'Toliko puta stvari koje radimo u istraživačkom laboratoriju dodaju znanje na terenu, ali zapravo nikada nemate priliku vidjeti kako to utječe na osobu', rekao je Cederna. “Kad možete sjediti i gledati jednu osobu s protetskim uređajem kako radi nešto što je bilo nezamislivo prije 10 godina, to me raduje. Tako sam sretan zbog naših sudionika, a još sretniji zbog svih ljudi u budućnosti da će ovo pomoći. '

Chestek je dodao: 'To će biti put odavde, ali nećemo prestati raditi na ovome dok ne uspijemo u potpunosti obnoviti sposobne pokrete ruku. To je san o neuroprostetici. '

Pretiskano iz Sveučilište u Michiganu

(GLEDATIvideo u nastavku)

Pružite prijateljima ruku; Podijelite ove nadahnjujuće vijesti s društvenim mrežama ...