PDF Basket
Utrata ręki jest przyczyną niepełnosprawności niemal 3 milionów ludzi na świecie. Aby zmniejszyć negatywny wpływ utraty ręki na jakość życia, osoby po amputacji stosują protezy, których użyteczność jest jednak ściśle związana z możliwością odbierania wrażeń dotykowych i wykonywania precyzyjnych ruchów – niestety większość modeli dostępnych obecnie na rynku zawodzi w obu tych obszarach. W efekcie wiele osób po amputacji rezygnuje z noszenia protezy, skarżąc się na brak czuciowych informacji zwrotnych oraz duży wysiłek umysłowy konieczny do sterowania sztuczną kończyną.
Ta sytuacja może się jednak już wkrótce zmienić za sprawą kilku nowych narzędzi opracowywanych w ramach projektu BIREHAB do oceny aktywności nerwowej i mięśniowej najnowocześniejszej bionicznej protezy ręki.
„Aby kończyna dawała poczucie naturalności, mózg pacjenta musi być w stanie nią sterować, ale także odbierać i przetwarzać informacje ze świata zewnętrznego”, mówi Fiorenzo Artoni, koordynator projektu BIREHAB oraz były stypendysta działania „Maria Skłodowska-Curie” z Ecole Polytechnique Federale de Lausanne.
Koncentrując się na naturalnej kontroli i integracji czuciowych informacji zwrotnych, Artoni opracował narzędzia do oceny „naturalności” dotykowych informacji zwrotnych przekazywanych przez protezę ręki. Informacje te mogą być następnie wykorzystywane do poprawy sterowności protezy, umożliwiając „czucie” zbliżone do prawdziwego.
Zrozumieć stymulację
Pierwszym celem projektu było położenie fundamentów pod budowę solidnej protezy mioelektrycznej, która pomogłaby w ustaleniu sposobu, w jaki pacjenci postrzegają bodźce czuciowe. W związku z tym Artoni zaprojektował serię testów z wykorzystaniem elektroencefalografu (EEG), co pozwoliło na przeprowadzenie oceny aktywności elektrycznej mózgu.
Następnie uczony zbadał zdolność protezy do naturalnego reagowania na bodźce. W tym celu przeprowadził eksperyment, który polegał na stymulacji przedramienia osób zdrowych i po amputacji słabymi impulsami elektrycznymi. To pozwoliło mu zaobserwować, czy impuls wyzwalał uczucie łaskotania w protezie ręki oraz czy z aktywności mózgu wynikało, aby reakcja na bodziec u osób po amputacji była podobna do tej uzyskanej u zdrowych ochotników.
„Wyniki wskazały wyraźne różnice w zakresie stymulacji przedramienia odczuwanej wyłącznie na przedramieniu oraz stymulacji przedramienia odczuwanej na protezie ręki”, wyjaśnia Artoni. „Co ciekawe, korelaty neuronalne, dostarczone przez nas poprzez ślizganie palcem zdrowej ręki po specjalnej płytce, były uderzająco podobne u osób po amputacji do tych uzyskanych podczas rzeczywistej stymulacji dotykowej osób zdrowych”.
Doskonalsza metoda pomiaru aktywności mięśni
Istnieje jednak druga strona medalu. Proteza mioelektryczna musi być sterowana przez sygnały elektryczne generowane przez własne mięśnie osoby po amputacji w sposób możliwie najbardziej zbliżony do naturalnego. Wymaga to rejestrowania i analizowania w czasie rzeczywistym resztkowej aktywności mięśni generowanej w przedramieniu, a następnie wysłania do protezy sygnałów sterowania zgodnych z zamiarem pacjenta.
W tym kontekście do największych wyzwań należą trudność w precyzyjnym zlokalizowaniu mięśni przedramienia, tak by możliwe było odpowiednie rozmieszczenie czujników, oraz związany z tym długi czas montażu protezy. „Jednym z możliwych rozwiązań byłoby pokrycie czujnikami całego przedramienia”, mówi badacz. „Jaka jest jednak optymalna liczba czujników konieczna do zapewnienia wysokiej jakości dekodowania bez nadmiernego rozbudowywania sprzętu?”.
Aby się tego dowiedzieć, Artoni przyglądał się temu, jak zmiana liczby kanałów wpływała na jakość dekodowania gestykulacji. „Na tej podstawie opracowałem rękaw do elektromiografii, który znacząco skraca czas rejestracji i przygotowania, eliminując potrzebę namierzenia każdego pojedynczego mięśnia”, dodaje uczony.
Niezwykła szansa rozwoju
Zachęcony sukcesem swoich doświadczeń, Artoni stara się obecnie uzyskać patent na rozwiązania sprzętowe i programowe opracowane w ramach projektu BIREHAB. Jest on też współautorem 15 artykułów opublikowanych w różnych czasopismach specjalistycznych, a swoje prace prezentował podczas wielu konferencji i warsztatów.
„Stypendium »Maria Skłodowska-Curie« stwarza wyjątkową szansę osobistego awansu i rozwoju zawodowego”, podsumowuje Artoni. „Otrzymałem bardzo pozytywne informacje zwrotne na temat mojej pracy, a samo doświadczenie związane z realizacją badania było dla mnie źródłem olbrzymiej radości i spełnienia”.