Beyin güdümlü protez, ampütasyonlu kişiler için bilimsel bir ilerlemeye işaret ediyor

BEĞENDİM

ABONE OL

News

Nature Medicine’de yayınlanan yeni bir çalışmaya göre, bacak ampütasyonu olan bireyler, sinir sistemi ile protez bacak arasında kurulan bağlantı sayesinde daha doğal ve hızlı yürüyebiliyor. Bu önemli bilimsel ilerleme, protez uzuvların kontrolünü beyin sinyalleriyle sağlıyor ve yeni nesil biyonik protezlerin önünü açıyor

Nature Medicine dergisinde yayınlanan bir çalışmaya göre, bacak ampütasyonu olan kişiler, daha yumuşak bir yürüyüşe ve engelleri aşma becerisinin geliştirilmesine olanak tanıyan önemli bir bilimsel ilerlemeyle protez uzuvlarını beyinleriyle kontrol edebilmekte. Massachusetts Institute of Technology ve Brigham and Women’s Hospital’daki K. Lisa Yang Biyonik Merkezi’ndeki araştırmacılar, kişinin sinir sistemi ile protez bacağı arasında bir bağlantı kurarak yeni nesil protezlerin önünü açmışlardır. Çalışmanın ilk yazarı ve MIT’de doktora sonrası araştırmacı olan Hyungeun Song, “Biyonik yürüyüşün ilk tam nöral kontrolünü gösterebildik” ifadelerini kullandı.

Son teknoloji ürünü biyonik protezlerin çoğu, kullanıcının beyin sinyalleri yerine önceden programlanmış robotik komutlara dayanır. Gelişmiş robotik teknolojiler çevreyi algılayabilir ve bir kişinin bu tür bir arazide gezinmesine yardımcı olmak için önceden tanımlanmış bir bacak hareketini tekrar tekrar etkinleştirebilir. Ancak bu robotların çoğu en iyi düz zeminde çalışır ve tümsekler veya su birikintileri gibi yaygın engelleri aşmakta zorlanır. Protezi takan kişi, özellikle ani arazi değişikliklerine yanıt olarak, protez uzvunu hareket halindeyken ayarlama konusunda genellikle çok az söz hakkına sahiptir. Çalışmanın baş araştırmacısı ve MIT’de medya sanatları ve bilimleri profesörü olan Hugh Herr, biyolojiyi elektronik ve mekanikle birleştiren bir alan olan biyomekatronik alanında bir öncü olarak tanınmaktadır. Herr, “Yürüdüğümde, bir algoritma bir motora komutlar gönderdiği için yürütülüyormuşum gibi hissediyorum ve ben değilim” dedi. Herr’in bacakları birkaç yıl önce donma nedeniyle diz altından kesildi ve kendisi gelişmiş robotik protezler kullanıyor.

Herr konuyla ilgili, “Beyni mekatronik bir proteze bağladığınızda, bireyin sentetik uzvu vücudunun doğal bir uzantısı olarak gördüğü bir somutlaşma meydana geldiğini gösteren giderek artan sayıda kanıt var” dedi. Yazarlar, yarısı Agonist-antagonist Miyonöral Arayüz (AMI) olarak bilinen bir yaklaşımla diz altı ampütasyon uygulanan, diğer yarısı ise geleneksel ampütasyon uygulanan 14 çalışma katılımcısıyla çalıştı. Harvard Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi’nde profesör olan ve giyilebilir yardımcı robotların geliştirilmesi konusunda uzmanlaşan Conor Walsh, çalışmaya dahil olmamakla birlikte, “Bu konuda süper havalı olan şey, teknolojik yenilikle birlikte cerrahi yenilikten nasıl yararlanıldığıdır” diye konuştu.

AMI amputasyonu, amputasyon bölgesinde önemli kas bağlantılarını kesen geleneksel bacak amputasyonu ameliyatının sınırlamalarını ele almak için geliştirildi. Hareketler, kasların çiftler halinde hareket etmesiyle mümkün olur. Bir kas – agonist olarak bilinir – bir uzvu hareket ettirmek için kasılır ve diğeri – antagonist olarak bilinir – yanıt olarak uzar. Örneğin, biseps kıvrılması sırasında biseps kası agonisttir çünkü ön kolu yukarı kaldırmak için kasılır, triseps kası ise antagonisttir çünkü hareketi sağlamak için uzar. Cerrahi amputasyon kas çiftlerini kopardığında, hastanın ameliyat sonrası kas kasılmalarını hissetme yeteneği bozulur ve sonuç olarak protez uzuvlarının uzayda nerede olduğunu doğru ve hassas bir şekilde algılama yetenekleri tehlikeye girer. Buna karşılık, AMI prosedürü, bir kişinin sağlam bir uzuvdan aldığı değerli kas geri bildirimini kopyalamak için kalan uzuvdaki kasları yeniden bağlar.

Washington Üniversitesi’nde makine mühendisliği profesörü olan ve çalışmaya katılmayan Eric Rombokas, çalışmanın “sadece hareketi değil, hissi de ele alan yeni nesil protez teknolojileri hareketinin bir parçası olduğunu” söyledi. Diz altı amputasyonuna yönelik AMI prosedürü, 2016 yılında bu prosedürü alan ilk kişi olan Jim Ewing’den sonra Ewing Amputasyonu olarak adlandırıldı. Ewing Amputasyonu uygulanan hastalar, artık uzuvlarında daha az kas atrofisi ve artık var olmayan bir uzuvda rahatsızlık hissi olan fantom ağrısını daha az yaşadı. Araştırmacılar, tüm katılımcılara protez bir ayak bileği, kas hareketinden kaynaklanan elektriksel aktiviteyi ölçen bir cihaz ve deri yüzeyine yerleştirilen elektrotlardan oluşan yeni bir biyonik uzuv taktı.

Beyin kaslara elektrik darbeleri göndererek kasılmalarını sağlar. Kasılmalar, elektrotlar tarafından algılanan ve protez üzerindeki küçük bilgisayarlara gönderilen kendi elektrik sinyallerini üretir. Bilgisayarlar daha sonra bu elektrik sinyallerini protez için kuvvet ve harekete dönüştürür. Ciddi yanık yaralanmalarının ardından Ewing Amputasyonu uygulanan araştırmanın katılımcılarından Amy Pietrafitta, biyonik uzvun kendisine her iki ayağını da kullanma ve yeniden dans hareketleri yapma becerisi kazandırdığını söyledi. Pietrafitta, “Bu tür bir fleksiyona sahip olabilmek her şeyi çok daha gerçek kıldı, sanki her şey oradaymış gibi hissettim” dedi. Ewing Amputasyonu uygulanan katılımcılar, gelişmiş kas duyuları sayesinde biyonik uzuvlarını kullanarak geleneksel amputasyon uygulananlara kıyasla daha hızlı ve daha doğal bir yürüyüşle yürüyebildiler.

Bir kişi normal yürüme düzeninden sapmak zorunda kaldığında, genellikle etrafta dolaşmak için daha fazla çalışmak zorunda kalır. Brigham and Women’s Hospital’da rekonstrüktif plastik cerrah olan ve AMI prosedürünü uygulayan ilk doktor olan Matthew J. Carty, “Bu enerji harcaması kalbimizin daha fazla çalışmasına ve akciğerlerimizin daha fazla çalışmasına neden olur ve kalça eklemlerimizin veya alt omurgamızın kademeli olarak tahrip olmasına yol açabilir” dedi. Ewing Amputasyonu ve yeni protez uzuv takılan hastalar, rampa ve merdivenleri de kolayca çıkabildi. Kendilerini merdivenlerden yukarı itmek için ayaklarını yumuşak bir şekilde ayarladılar ve aşağı inerken şoku emdiler. Araştırmacılar, yeni protezin önümüzdeki beş yıl içinde ticari olarak satışa sunulmasını umuyor. Herr, “Bir kişinin vücudunun önemli bir bölümünü kaybedebileceği ve vücudunun bu yönünü tam işlevselliğe kavuşturacak teknolojinin mevcut olduğu bu görkemli geleceğe bir göz atmaya başlıyoruz” açıklamalarında bulundu.