„Mes galėjome pademonstruoti pirmąjį visišką neuroninį robotinio vaikščiojimo valdymą“, – sakė Hyungyeon Song, pirmasis tyrimo autorius ir MIT tyrėjas.

Dauguma šiuolaikinių galūnių protezų remiasi iš anksto užprogramuotomis robotų komandomis, o ne vartotojo smegenų signalais. Pažangios robotų technologijos gali pajusti aplinką ir pakartotinai suaktyvinti iš anksto nustatytą kojų judesį, kad padėtų žmogui naršyti tokio tipo vietovėje.

Tačiau daugelis šių robotų geriausiai veikia ant plokščios žemės ir jiems sunku įveikti įprastas kliūtis, pvz., iškilimus ar balas. Asmuo, nešiojantis protezą, dažnai turi mažai įtakos reguliuodamas protezą jam pajudėjus, ypač reaguodamas į staigius reljefo pokyčius.

„Kai aš einu, atrodo, kad kažkas mane vaikšto, nes algoritmas siunčia komandas varikliui, o aš ne“. Prieš kelerius metus dėl nušalimo Kiškiui buvo amputuotos abi kojos žemiau kelių ir jis naudoja pažangų robotų protezavimą.

„Įrodymų daugėja [showing] „Kai smegenis prijungiate prie mechatroninio protezo, įvyksta įsikūnijimas, kai individas į protezą žiūri kaip į natūralų savo kūno tęsinį“, – pridūrė Hare.

Autoriai dirbo su 14 tyrimo dalyvių, iš kurių pusei buvo amputacijos žemiau kelių taikant metodą, žinomą kaip stimuliatoriaus-antagonisto mioneurinė sąsaja (AMI), o kitai pusei buvo atlikta tradicinė amputacija.

„Tai labai šaunu, kad kartu su technologinėmis naujovėmis panaudojamos chirurginės naujovės“, – sakė Harvardo inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos profesorius Connoras Walshas, ​​kuris specializuojasi nešiojamų pagalbinių robotų kūrime ir tyrime nedalyvavo.

AMI amputacija buvo sukurta siekiant pašalinti tradicinės kojų amputacijos chirurgijos, kuri nutraukia svarbias raumenų jungtis amputacijos vietoje, apribojimus.

Judesiai įmanomi dėl to, kaip raumenys juda poromis. Vienas raumuo, žinomas kaip sužadinimo raumuo, susitraukia, kad judintų galūnę, o kitas, žinomas kaip antagonistinis raumuo, reaguodamas pailgėja. Pavyzdžiui, atliekant dvigalvio lenkimo pratimą, bicepsas yra trigerinis raumuo, nes jis susitraukia, kad pakeltų dilbį aukštyn, o tricepsas yra antagonistas, nes pailgėja, kad būtų galima judėti.

Kai dėl chirurginės amputacijos nutrūksta raumenų poros, sutrinka paciento gebėjimas jausti raumenų susitraukimus po operacijos ir dėl to sutrinka gebėjimas tiksliai ir tiksliai pajusti, kur erdvėje yra protezas.

Priešingai, AMI procedūra vėl prijungia likusios galūnės raumenis, kad atkartotų vertingą raumenų grįžtamąjį ryšį, kurį žmogus gauna iš nepažeistos galūnės.

Tyrimas yra „naujos kartos protezavimo technologijų, skirtų pojūčiams, o ne tik judėjimui, judėjimo dalis“, – sakė Vašingtono universiteto mechanikos inžinerijos docentas Ericas Rombukas, kuris nedalyvavo tyrime.

AMI procedūra amputacijai žemiau kelių yra pavadinta Piteris Ewingas Po Jimo Ewingo, pirmojo asmens, kuriam buvo atlikta procedūra 2016 m.

Pacientai, kuriems buvo atlikta Ewing amputacija, patyrė mažiau likusios galūnės raumenų atrofijos ir mažiau fantominio skausmo, diskomforto pojūtį galūnėje, kurios nebėra.

Tyrėjai visiems dalyviams įtaisė naujus protezus, sudarytus iš dirbtinės kulkšnies – prietaiso, kuris matuoja raumenų judėjimo elektrinį aktyvumą, ir elektrodus, esančius ant odos paviršiaus.

Smegenys siunčia elektrinius impulsus į raumenis, todėl jie susitraukia. Susitraukimai sukuria savo elektrinius signalus, kurie aptinkami elektrodais ir siunčiami į mažus kompiuterius, pritvirtintus prie protezo. Tada kompiuteriai konvertuoja šiuos elektrinius signalus į protezinės galūnės jėgą ir judėjimą.

Protezas suteikė jai galimybę nukreipti abi kojas ir vėl atlikti šokio judesius, sakė tyrimo dalyvė Amy Pietravetta, kuriai po sunkių nudegimų buvo atlikta Ewing amputacija.

„Galėdamas turėti tokį kreivumą, jis tapo tikresnis, ir atrodė, kad ten viskas yra“, – sakė Pietrafitta.

Dėl sustiprintų raumenų pojūčių dalyviai, kuriems buvo atlikta Ewingo amputacija, savo bioninėmis galūnėmis galėjo vaikščioti greičiau ir natūralesne eisena nei tie, kuriems buvo atlikta tradicinė amputacija.

Kai žmogus turi nukrypti nuo įprasto vaikščiojimo modelio, jis paprastai turi daugiau dirbti, kad galėtų judėti.

„Šios energijos sąnaudos… priverčia mūsų širdį dirbti sunkiau, o plaučius – ir gali progresuoti klubų sąnarių ar apatinės stuburo dalies sunaikinimas.

Pacientai, kuriems buvo atlikta Ewingo amputacija ir naujas protezas, taip pat galėjo lengvai važiuoti šlaitais ir laiptais. Jie sugebėjo sklandžiai pakoreguoti kojas, kad pakiltų laiptais ir sugertų smūgius leidžiantis žemyn.

Tyrėjai tikisi, kad naujasis protezas bus parduodamas per ateinančius penkerius metus.

„Mes pradedame žvelgti į šią šlovingą ateitį, kai žmogus gali prarasti didelę savo kūno dalį, ir yra technologijos, leidžiančios atkurti šį kūno aspektą, kad jis visiškai funkcionuotų“, – sakė Hare.