أفضل ساق صناعية حتى الآن، وذلك بفضل الواجهة العصبية
لأول مرة، تمكنت مجموعة صغيرة من المرضى الذين يعانون من بتر أطراف أسفل الركبة من التحكم في حركات أرجلهم الاصطناعية من خلال الإشارات العصبية – بدلاً من الاعتماد على دورات مبرمجة لكل الحركة أو جزء منها – واستئناف المشي بمشية طبيعية. . يتطلب هذا الإنجاز إجراء عملية جراحية متخصصة لبتر الأطراف، بالإضافة إلى توصيل قطب كهربائي سطحي غير جراحي بالجزء السفلي من الساق الاصطناعية الروبوتية. تم نشر دراسة تصف التقنيات اليوم في المجلة طب الطبيعة.
“ما يحدث بعد ذلك هو معجزة تماما. المرضى الذين لديهم هذه الواجهة العصبية قادرون على المشي بسرعات طبيعية؛ والدرجات والمنحدرات صعودا وهبوطا. ومناورة العقبات حقا دون التفكير في الأمر. إنه طبيعي. قال المؤلف المشارك هيو هير، الذي يقوم بتطوير الأطراف الاصطناعية الإلكترونية في مختبر الوسائط بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “إنها غير طوعية”.“على الرغم من أن أطرافهم مصنوعة من التيتانيوم والسيليكون – كل هذه المكونات الكهروميكانيكية المختلفة – إلا أن الطرف يبدو طبيعيًا ويتحرك بشكل طبيعي، حتى بدون تفكير واعي”.
يعتمد هذا النهج على إجراء عملية جراحية في موقع البتر لإنشاء ما يسميه الباحثون واجهة عضلية ناهضة معادية، أو هل أنا. يتضمن الإجراء ربط أزواج من العضلات (في حالة بتر أسفل الركبة، زوجين)، بالإضافة إلى إدخال عناصر اصطناعية خاصة.
تقوم الواجهة بإنشاء اتصال ثنائي الاتجاه بين الجسم والجهاز. ترسل الأقطاب الكهربائية المستشعرة للعضلات إشارات إلى جهاز كمبيوتر صغير في الطرف الاصطناعي الذي يفسرها على شكل زوايا وقوى للمفاصل عند الكاحل ومقدمة القدم. كما أنه يرسل معلومات حول موضع الساق الاصطناعية، مما يستعيد الإحساس بمكان وجود الطرف في الفضاء، المعروف أيضًا باسم استقبال الحس العميق.
فيديو 1www.youtube.com
قال دانييل فيريس، مهندس الميكانيكا العصبية في جامعة فلوريدا: «إن أسلوب التحكم الخاص هو أبعد بكثير مما توصل إليه أي شخص آخر». لم يشارك فيريس في الدراسة، لكنه عمل على الواجهات العصبية للتحكم في الأطراف الاصطناعية السفلية. “إنها فكرة جديدة حقًا قاموا بالبناء عليها على مدار السنوات الثماني الماضية والتي أظهرت نتائج إيجابية حقًا لتحسين الجزء السفلي من الساقين الإلكترونية.” يتميز المنشور الأخير بوجود مجموعة أكبر من المشاركين مقارنة بالدراسات السابقة، مع سبعة مرضى يخضعون للعلاج وسبعة مرضى تحكم يعانون من مبتوري الأطراف وأرجل صناعية نموذجية.
ولاختبار الأرجل الإلكترونية، طُلب من المرضى المشي على أرض مستوية بسرعات مختلفة؛ صعودا وهبوطا المنحدرات والسلالم. والمناورة حول العقبات. كان لمستخدمي AMI مشية أكثر طبيعية، وتشبه إلى حد كبير حركة شخص يستخدم طرفًا طبيعيًا. يمكن للحركة الأكثر طبيعية أن تحسن حرية الحركة، خاصة على التضاريس الصعبة، ولكن في دراسات أخرى لاحظ الباحثون أيضًا انخفاض تكاليف الطاقة، وانخفاض الضغط على الجسم، وحتى الفوائد الاجتماعية لبعض مبتوري الأطراف.
يقول المؤلف المشارك هيونجيون سونج، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، إن المجموعة فوجئت بكفاءة الإعداد الإلكتروني. أرسلت الواجهة الاصطناعية 18% فقط من الكمية النموذجية من المعلومات التي يتم إرسالها من أحد الأطراف إلى العمود الفقري، ومع ذلك كانت كافية للسماح للمرضى بالمشي بما كان يعتبر مشية طبيعية.
الخطوات التالية للساق الإلكترونية
لقد أصبحت عمليات بتر الأعضاء AMI الآن هي المعيار في مستشفى بريجهام والنساء في ماساتشوستس، حيث يعمل المؤلف المشارك ماثيو كارتي. ونظرًا لفوائد المرضى من حيث الألم وسهولة استخدام الأطراف الاصطناعية السلبية (أو غير الآلية)، فإن هذه التقنية – أو شيء مشابه – يمكن أن تنتشر إلى ما هو أبعد من إطار البحث الحالي. حتى الآن، تلقى ما يقرب من 60 شخصًا في جميع أنحاء العالم جراحة AMI فوق أو أسفل المرفق أو الركبة.
من حيث المبدأ، قال هير، إن أي شخص لديه طرف مبتور سابقًا، مثله، يمكن أن يخضع لإعادة تأهيل AMI، وهو يفكر بشدة في هذا الإجراء. أكثر من 2 مليون أمريكي يعيشون حاليًا مع أحد أطرافهم المفقودة، وفقًا لتحالف مبتوري الأطراف، ويتم بتر ما يقرب من 200000 ساق سفلية كل عام في الولايات المتحدة.
ومن ناحية الروبوتات، هناك بالفعل أطراف صناعية تجارية للساق يمكن جعلها متوافقة مع الواجهة العصبية. المنطقة الأكثر حاجة إلى التطوير هي العلاقة بين موقع البتر والطرف الاصطناعي. يقول هير إن تسويق هذه الواجهة قد يستغرق حوالي خمس سنوات.
يقول هير إن هدفه على المدى الطويل هو التكامل العصبي والتجسيد: بمعنى أن الطرف الاصطناعي هو جزء من الجسم، وليس أداة. الدراسة الجديدة “تمثل خطوة حاسمة إلى الأمام – المقصود من التورية.”
