Högteknologiska protetikar ger amputerade fingerfärdighet och en känsla av beröring

Touch är en kraftfull känsla. En som ansluter oss till världen runt omkring oss, vilket gör att vi kan skilja mellan en kattunge gnidning mot baksidan av vår hand och en skarp spik ut ur en oavslutad vägg.

Men taktila känslor är mer än ett sätt att identifiera objekt. De tillåter oss att finjustera rörelserna i våra muskler, eftersom sensorisk information överförs till hjärnan från musklerna och huden. Denna extra information gör skillnaden mellan att vinkla en druva mellan tummen och fingret och göra mycket druvsaft.

advertisementAdvertisement

För amputärer har sensorisk återkoppling från sina proteser längre tid saknats, även om de artificiella lemmarna själva har utvecklats under de senaste decennierna till mycket sofistikerade robotanordningar. Men två forskargrupper, vars arbete är publicerat i den 8 oktober-utgåvan av Science Translational Medicine, försöker ge dessa artificiella lemmar ett komplett utbud av förnimmelser.

"Känslan av beröring är ett av de sätt vi samverkar med föremål runt oss", säger Dustin Tyler, docent biomedicinsk teknik vid Case Western Reserve University och chef för en av forskarstudierna, i ett pressmeddelande. "Vårt mål är inte bara att återställa funktionen utan också skapa en återkoppling till världen. Det här är en långvarig, kronisk återställning av känsla över flera punkter över handen."

Relaterade nyheter: Ny Bionic-hand får Amputee "känna" föremål i realtid »

Annons

Män känner nästan 20 poäng på proteser

För att ge amputerade med en känsla av känner sig i sin artificiella lem, ledde forskargruppen av Tyler implanterade elektrodmuffar in i underarm av en manlig patient och övre armen på en annan. Dessa typer av elektroder viks runt buntet av nerver istället för att penetrera det skyddande membranet, vilket kan leda till långvarig nervskada.

Sensorer på patientens konstgjorda händer matade information om mängden tryck till elektroderna, vilket gör det möjligt för männen att känna upp till 19 olika punkter på sina proteser.

AnnonsAdvertisement

Ett studieämne innehåller en körsbärstomat. Foto med tillstånd av Russell Lee.

För att generera mer komplexa känslor, som skillnaden mellan sandpapper och en jämn yta, konverterade en dator informationen från sensorerna till olika elektriska signaler. Dessa plockades upp av perifera nerverna, som bära den sensoriska informationen till hjärnan. Med tiden kunde forskarna finjustera signalerna när patienterna blev anpassade till dem.

"Känslan av beröring blir faktiskt bättre", säger Keith Vonderhuevel, i Sidney, Ohio, i ett pressmeddelande. Han förlorade sin hand 2005 och hade systemet implanterat i januari 2013. "De byter saker på datorn för att förändra känslan. En gång kändes det som att vatten sprang över min hands baksida."

På grund av behovet För att en dator ska kunna justera beröringsavkännandena som kommer från sensorerna arbetar detta system för närvarande bara i labbet, men forskarna räknar med att utveckla ett hembaserat system inom fem år.

Läs mer: Gadgetrapportering

Boneimplantat ger ökad styrka

Systemet som utvecklats av den andra forskargruppen, som är baserad i Sverige, genererar sensorisk inmatning från den artificiella lemmen i en liknande sätt. Forskarna kunde emellertid också fästa den konstgjorda armen direkt i skelettet, i en process kallad osseointegration, istället för att använda socketfästet i kommersiellt tillgängliga proteser.

"Vi har använt osseointegration för att skapa en långsiktig stabil fusion mellan människan och maskinen, där vi har integrerat dem på olika nivåer", säger Max Ortiz Catalan, forskare vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg och ledande författare till publikationen, i ett pressmeddelande. "Den artificiella armen är direkt fäst vid skelettet, vilket ger mekanisk stabilitet. "

Max Ortiz Catalan (vänster) och docent Rickard Brånemark (höger) med den första patienten behandlad med det osseointegrade implantatsystemet. Foto med tillstånd av katalanska.

Annons

Dessutom kopplade katalanska och hans kollegor den protetiska armen till resterna av nerverna och musklerna i amputterns arm och gav honom både en känsla av beröring och förmågan att styra den artificiella lemmen.

Detta har gjort det möjligt för honom att behålla sitt jobb som lastbilschaufför, med hjälp av sin protesarm för arbetsuppgifter inklusive driftmaskiner och packning av äggkasser. Han använder också den för att binda snören på sina barns skridskor.

Annonsförbindelse

"Pålitlig kommunikation mellan protesen och kroppen har varit den saknade länken för den kliniska implementeringen av neuralt kontroll och sensorisk återkoppling, och detta är nu på plats, säger katalanska.

Prosthetik med personlighet: London Artist skapar invecklade ben för att passa individuella stilar »

Berör djupt anslutning till protetik

En känsla av beröring kan ge amputärer med större kontroll över deras ben, särskilt den mängd tryck som appliceras. Men även utan den känslan kan människor fortfarande kontrollera artificiella lemmar med en anmärkningsvärd mängd fingerfärd, till stor del på grund av den sensoriska återkopplingen som kommer från ögonen och musklerna.

Annons

Men att lägga till känsla av beröring till en protes kan dra fördel av amputerade på andra sätt. En av dessa är minskningen av fantomsmärta, den intensiva känslan att lemmen fortfarande är fäst, trots att den inte längre är närvarande.Patienter i de nya studierna rapporterade att deras fantom smärta minskade efter att de började känna sig med den artificiella lemmen.

En känsla av beröring kan också hjälpa amputerade att integrera psykologiskt med deras proteser, så att de inte kan se det som ett externt verktyg, men som en del av sin egen kropp. Detta kan i sin tur minska antalet amputärer som slutar använda protesen efter en kort tid och förbättra kvaliteten på deras vardag.

AnnonsAdvertisement

Miniatyrbilden är ett studieämne som plockar en druva från ett gäng. Foto med tillstånd av Dale Omori.