Fontos adatok megosztása
- Az agyvezérelt “kar” képes mozgatni az egyes ujjakat. – Click to Tweet
- Az agyvezérelt protézisek valamivel közelebb állnak ahhoz, hogy lehetővé tegyék a zongorázást. – Click to Tweet
A Johns Hopkins orvosai és orvosbiológus mérnökei arról számolnak be, hogy szerintük ez az első sikeres kísérlet az ujjak egyenkénti és egymástól független mozgatására egy elme által vezérelt mesterséges “kar” segítségével.
A Journal of Neural Engineering című folyóiratban e héten online közzétett, a koncepciót bizonyító teljesítmény a kutatók szerint potenciális előrelépést jelent a finomított kézfunkciókat helyreállító technológiákban azok számára, akik sérülés vagy betegség miatt elvesztették karjukat. A fiatalember, akin a kísérletet végezték, nem hiányzott a karja vagy a keze, de olyan eszközzel látták el, amely lényegében egy agyi feltérképezési eljárást használt ki, hogy megkerülje a saját karja és keze irányítását.
“Úgy gondoljuk, hogy ez az első alkalom, amikor egy elme által vezérelt protézist használó személy azonnal, kiterjedt gyakorlás nélkül végrehajtotta az egyes ujjmozdulatokat” – mondja a vezető szerző, Dr. Nathan Crone, a Johns Hopkins Egyetem Orvosi Karának neurológia professzora. “Ez a technológia túlmutat a rendelkezésre álló protéziseken, amelyekben a mesterséges ujjak vagy ujjak egyetlen egységként mozogtak, hogy olyan fogó mozdulatot végezzenek, mint amilyet egy teniszlabda megragadásához használnak.”
A kísérlethez a kutatócsoport egy epilepsziás fiatalembert vett fel, akinél már tervezték, hogy agytérképezést végeznek, hogy pontosan meghatározzák a rohamai eredetét.
Míg az agyi felvételek klinikai okokból sebészi úton beültetett elektródákkal készültek, a jelek egy, a Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriuma által kifejlesztett moduláris végtagprotézist is vezérelnek.
A protézis csatlakoztatása előtt a kutatók feltérképezték és nyomon követték az alany agyának az egyes ujjak mozgatásáért felelős konkrét részeit, majd a protézist úgy programozták, hogy a megfelelő ujjat mozgassa.
A páciens idegsebésze először egy 128 elektródából álló szenzorcsoportot helyezett el – mindet egyetlen téglalap alakú, hitelkártya méretű filmlapon – a férfi agyának azon részén, amely általában a kéz és a kar mozgását irányítja. Minden egyes érzékelő az agyszövet egy 1 milliméter átmérőjű körét mérte.
A Johns Hopkins kutatócsoport által kifejlesztett számítógépes program segítségével a férfi parancsra mozgatta az egyes ujjakat, és rögzítette, hogy az agy mely részei “világítottak”, amikor az egyes érzékelők elektromos jelet érzékeltek.
A motoros mozgásban részt vevő agyrészekről való adatgyűjtés mellett a kutatók a tapintási érzékelésben részt vevő elektromos agyi aktivitást is mérték. Ehhez az alanyt egy olyan kesztyűvel látták el, amelynek ujjbegyeiben apró, rezgő berregők voltak, amelyek minden egyes ujjban külön-külön megszólaltak. A kutatók minden egyes ujjkapcsolatnál megmérték a keletkező elektromos aktivitást az agyban.
A motoros és érzékszervi adatok összegyűjtése után a kutatók beprogramozták a protéziskart, hogy a megfelelő ujjakat az alapján mozgassa, hogy az agy melyik része volt aktív. A kutatók bekapcsolták a műkart, amely az agyi elektródákon keresztül volt összekötve a pácienssel, és megkérték az alanyt, hogy “gondolkodjon” a hüvelyk-, mutató-, középső-, gyűrűs- és kisujjak egyenkénti mozgatásán. Az agyban keletkező elektromos aktivitás mozgatta az ujjakat.
“Az agyi aktivitás mérésére használt elektródák ebben a tanulmányban jobb felbontást adtak az agykéreg egy nagy területéről, mint bármi, amit eddig használtunk, és pontosabb térbeli feltérképezést tettek lehetővé az agyban” – mondja Guy Hotson, végzős hallgató és a tanulmány vezető szerzője. “Ez a pontosság tette lehetővé, hogy szétválasszuk az egyes ujjak irányítását.”
Az elme által irányított végtag pontossága kezdetben 76 százalékos volt. Miután a kutatók összekapcsolták a gyűrűs és a kisujjat, a pontosság 88 százalékra nőtt.
“Az agynak az a része, amely a kis- és a gyűrűsujjat irányítja, átfedésben van, és a legtöbb ember együtt mozgatja a két ujjat” – mondja Crone. “Értelemszerűen e két ujj összekapcsolása javította a pontosságot.”
A kutatók megjegyzik, hogy az alanyoknak nem volt szükségük előzetes tréningre ahhoz, hogy ilyen szintű kontrollt szerezzenek, és az egész kísérlet kevesebb mint két órát vett igénybe.
Crone figyelmeztet, hogy e technológia alkalmazása a ténylegesen hiányzó végtagoknál még néhány év múlva várható, és költséges lesz, mivel kiterjedt feltérképezést és számítógépes programozást igényel. Az Amputáltak Koalíciója szerint több mint 100 000 ember él az Egyesült Államokban amputált kézzel vagy karral, és a legtöbbjük potenciálisan profitálhatna az ilyen technológiából.
A tanulmány további szerzői: David McMullen, Matthew Fifer, William Anderson és Nitish Thakor a Johns Hopkins Medicine-től, valamint Matthew Johannes, Kapil Katyal, Matthew Para, Robert Armiger és Brock Wester a Johns Hopkins Applied Physics Laboratory-tól.
A tanulmányt a National Institute of Neurological Disorders and Stroke finanszírozta (támogatási szám: 1R01NS088606-01).
A tanulmányt a National Institute of Neurological Disorders and Stroke finanszírozta.