بازوی مصنوعی جدید که کاملاً مشابه دست طبیعی عمل می‌کند
بر اساس یافته های جدید منتشر شده در Science Robotics، محققان کلینیک کلیولند اولین بازوی مصنوعی در نوع خود را برای بیماران مبتلا به قطع اندام فوقانی مهندسی کرده اند که به افراد امکان می دهد مانند یک فرد بدون قطع عضو فکر کنند، رفتار کنند و عملکرد داشته باشند.
تیم تحقیقاتی بین المللی تحت هدایت کلینیک کلیولند سیستمی را توسعه دادند که سه عملکرد مهم را ترکیب می کند-کنترل حسی حرکتی، حرکات لمسی و گرفتن دست، احساس شهودی باز و بسته شدن دست. دانشگاه آلبرتا و دانشگاه نیوبرانزویک در این پروژه همکاری می‌کردند.
استاد گروه مهندسی پزشکی موسسه تحقیقاتی کلرلند کلینر لرنر می‌گوید: “ما یک پروتز استاندارد مراقبتی را با این سیستم بیونیک پیچیده تغییر دادیم که به کاربران امکان می دهد بازوی مصنوعی خود را به طور مشهودتری حرکت دهند و همزمان احساس لمس و حرکت کنند. این یافته ها گامی مهم در جهت بازگرداندن کامل عملکرد طبیعی بازو به افراد دارای قطع عضو است.”
این سیستم اولین دستگاهی است که هر سه عملکرد حسی و حرکتی را در یک رابط عصبی-ماشین به طور همزمان در بازوی مصنوعی آزمایش می کند. رابط عصبی-دستگاه با اعصاب اندام فرد پوشنده متصل می شود. این امر به بیماران این امکان را می دهد که هنگام استفاده یا حرکت دادن، تکانه های عصبی را از مغز خود به پروتز ارسال کنند و اطلاعات فیزیکی را از محیط دریافت کرده و از طریق اعصاب خود به مغز خود منتقل کنند.
بازخورد و کنترل دو طرفه بازوی مصنوعی، شرکت کنندگان در مطالعه را قادر می سازد تا وظایفی را با درجه دقت مشابه افراد غیر معلول انجام دهند.
دکتر ماراسکو ، سرپرست آزمایشگاه ادغام بیونیک، می گوید: “شاید آنچه ما بسیار مشتاق آموختن آن بودیم این بود که آنها قضاوت، تصمیم گیری و محاسبه و تصحیح اشتباهات خود را مانند یک فرد بدون قطع عضو انجام دادند.” با اندام بیونیک جدید، مردم مانند یک دست طبیعی رفتار می کردند. به طور معمول، این رفتارهای مغزی بین افراد بدون مشکل و افرادی که پروتز اندام فوقانی دارند، بسیار متفاوت است.”
محققان اندام بیونیک جدید خود را بر روی دو شرکت کننده در مطالعه با قطع اندام فوقانی که قبلاً تحت بازسازی عصبی حسی و حرکتی هدفمند قرار گرفته بودند، آزمایش کردند. با توجه به اندازه کوچک مطالعه، تحقیقات اضافی مهم خواهد بود.
در بازسازی حسی هدفمند، لمس پوست با روبات های کوچک، گیرنده های حسی را فعال می کند که بیماران را قادر می سازد تا حس لامسه را درک کنند. در بازسازی مجدد حرکتی هدفمند، هنگامی که بیماران در مورد حرکت اندام خود فکر می کنند، ماهیچه های بازسازی شده با یک پروتز کامپیوتری ارتباط برقرار می کنند تا به همان شیوه حرکت کنند. علاوه بر این، ربات های کوچک و قدرتمند باعث لرزش گیرنده های حسی در همان ماهیچه ها می شوند که به افراد پروتز دار کمک می کند احساس کنند که دست و بازوی آنها در حال حرکت است.
در حالی که شرکت کنندگان از پروتز پیشرفته استفاده می کردند، وظایفی را انجام دادند که منعکس کننده نیازهای اساسی و روزمره ای برای عملکرد دست و بازو است. محققان با استفاده از ابزارهای ارزیابی پیشرفته خود، نحوه عملکرد اندام بیونیک را در مقایسه با افراد غیر معلول و افراد دارای قطع عضو که دارای دستگاه های پروتز سنتی هستند، ارزیابی کردند. آنها همچنین عملکرد افراد دارای پروتز پیشرفته زمانی که سه حالت حسی و حرکتی با هم فعال بودند را در مقابل حالت تک حسی مقایسه کردند.
به گفته دکتر ماراسکو، از آنجا که افرادی که دارای پروتزهای سنتی هستند نمی توانند اندام خود را احساس کنند، هنگام انجام وظایف در طول زندگی روزمره، متفاوت از افراد بدون قطع عضو رفتار می کنند. به عنوان مثال، پروتزهای سنتی باید در حین استفاده از پروتز خود مراقب باشند و در یادگیری تصحیح اشتباهات خود در صورت اعمال نیروی زیاد یا کم، دچار مشکل می‌شوند.
محققان در مطالعه‌ای توانستند ببینند که با استفاده از بازوی مصنوعی جدید و ابزارهای ارزیابی پیشرفته، استراتژی های مغزی و رفتاری شرکت کنندگان در جهت مطابقت با استراتژی های افراد بدون قطع عضو، تغییر کرده است. آنها دیگر نیازی به تماشای پروتز خود نداشتند، می‌توانستند چیزهایی را بدون نگاه کردن پیدا کنند و به طور موثرتری می‌توانند اشتباهات خود را تصحیح کنند.
دکتر ماراسکو می گوید: “طی یکی دو دهه گذشته، پیشرفت در زمینه پروتز به کاربران کمک کرد تا عملکرد بهتری داشته باشند و زندگی روزانه را به تنهایی مدیریت کنند.برای اولین بار، افراد مبتلا به قطع اندام فوقانی اکنون می توانند دوباره مانند یک فرد توانمند فکر کنند “.
فراتر از این مطالعه، اندازه گیری نتایج جدید مربوط به رفتار و عملکرد مغز که تیم بین المللی برای ارزیابی سیستم بیونیک توسعه داده است، می تواند برای هر گونه پروتز یا نقص اندام فوقانی که شامل احساس و حرکت است، اعمال شود.
این مطالعه تا حدی توسط آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی، شاخه‌ی تحقیق و توسعه وزارت دفاع، تأمین مالی شده است. در سال 2018، دکتر ماراسکو مقاله ای اساسی در Science Translational Medicine درباره روش جدیدی برای بازگرداندن احساس حرکت طبیعی در بیماران دارای بازوهای مصنوعی منتشر کرد.
پی نوشت: بیونیک به معنای زیست سازه ای است و به کار گذاشتن اعضای ساختگی در بدن اشاره دارد.
منبع:
https://techxplore.com/news/2021-09-bionic-arm-natural-behaviors-patients.html