Proteza kończyny wrażliwa na temperaturę. Pomaga użytkownikom poczuć dotyk

Nowe badania naukowców z Sant’Anna School of Advanced Studies we Włoszech oraz z Politechniki Federalnej w Lozannie w Szwajcarii po raz pierwszy umożliwiły osobie po amputacji odczuwanie temperatury za pomocą protezy ręki. Według uczonych, to jedna z ostatnich przeszkód na drodze do zapewnienia protezom pełnego spektrum zmysłów dostępnych w ludzkiej kończynie.

Rezultaty i opis badań ukazał się na łamach pisma "Med" (DOI:10.1016/j.medj.2023.12.006).

- Temperatura to jedna z ostatnich granic przywracania czucia robotycznym dłoniom. Po raz pierwszy jesteśmy naprawdę blisko przywrócenia pełnej palety wrażeń osobom po amputacji – mówi profesor Silvestro Micera, współautor badania.

Urządzenie MiniTouch pozwala na naprawdę realistyczną termiczną informację zwrotną w czasie rzeczywistym. Autorzy rozwiązania zaimplementowali je w protezie 57-letniego Fabrizio, któremu w wieku 20 lat amputowano prawą rękę poniżej łokcia. Przez ponad rok brał on udział w eksperymentach laboratoryjnych, które ostatecznie wykazały zdolność jego zmodyfikowanej protezy do wykrywania temperatury. Urządzenie zostało zintegrowane z osobistą protezą pacjenta i przymocowane na tym samym kikucie, wywołując wrażenie termiczne na fantomowym palcu wskazującym pacjenta.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Eksperymenty były różne. Na przykład w jednym Fabrizio rozróżniał wizualnie identyczne butelki z wodą, których temperatura wahała się od 40 stopni Celsjusza do 20 st. C. Prawidłowo rozróżniał temperaturę za każdym razem, gdy korzystał z MiniTouch. Gdy z urządzenia nie korzystał, trafiał jedynie w ok. 33 proc. przypadków.

W innych eksperymentach potrafił znacznie szybciej posortować metalowe kostki o różnych temperaturach za pomocą urządzenia, niż bez niego. W kolejnym, mając zawiązane oczy, próbował odróżnić ludzkie ramię od ramienia protetycznego, po prostu je dotykając. Przy włączonym urządzeniu potrafił tego dokonać w 80 proc. przypadków, bez urządzenia tylko w 60 proc.

- Kiedy jeden z badaczy umieścił czujnik na swoim ciele, moją fantomową ręką poczułem ciepło innej osoby. To była dla mnie bardzo silna emocja. To było jak reaktywacja połączenia z drugą osobą – przyznał Fabrizio.

Sensoryczne informacje zwrotne to jeden z najważniejszych kroków umożliwiających osobom po amputacji interakcję z otoczeniem. Opierając się na wcześniejszych ustaleniach dotyczących fantomowych wrażeń termicznych, uzyskanych po stymulacji określonych punktów na kikucie ramienia w celu wywołania percepcji, badacze opracowali urządzenie MiniTouch, które umożliwia osobom po amputacji postrzeganie temperatury.

MiniTouch składa się z czujnika temperatury umieszczanego na czubku palca wskazującego protezy. Informacje termiczne przesyłane są od czubka palca protetycznej ręki, do nerwów w kikucie ramienia osoby po amputacji, a mózg interpretuje je jako "odczuwalne" w brakującej dłoni.

Urządzenie wykorzystuje gotową, łatwo dostępną elektronikę, można je zintegrować z obecnymi na rynku protezami kończyn i nie wymaga operacji. Wzmocnienie sensorycznego sprzężenia zwrotnego z protezą może pomóc ludziom poczuć, że sztuczna kończyna jest częścią ich ciała.

- Do tej pory wrażenia termiczne były bardzo zaniedbywane w badaniach nad neuroprotezami, mimo że istnieje coraz więcej dowodów na ich znaczenie w naszym codziennym życiu. Uważamy, że osoby po amputacji mogłyby odnieść korzyść z odzyskania czucia temperatury znacznie wykraczające poza wykrywanie zimnych lub ciepłych obiektów – mówi Jonathan Muheim z Politechniki Federalnej w Lozannie, współautor publikacji.

Fabrizio nie był jedynym testującym MiniTouch. Zarówno on, jak i inni pacjenci po amputacji uczestniczący we wstępnych badaniach zgłosili, że najważniejszą zaletą systemu jest możliwość ponownego kontaktu cielesnego z inną osobą.

Technologia jest obecnie testowana w laboratorium. Następnym krokiem będzie przygotowanie urządzenia do użytku domowego i zintegrowanie informacji termicznych z wielu punktów fantomowej kończyny osoby po amputacji: na przykład umożliwienie ludziom rozróżnienia wrażeń termicznych i dotykowych na palcu i kciuku może pomóc im w chwytaniu gorącego napoju, natomiast umożliwienie czucia w tylnej części dłoni może poprawić poczucie więzi międzyludzkiej, umożliwiając osobom po amputacji wyczucie, kiedy inna osoba dotyka ich dłoni.

- Naszym celem jest teraz opracowanie systemu multimodalnego, który integruje wrażenia dotykowe, percepcji i temperatury. Dzięki systemowi tego typu ludzie będą mogli powiedzieć: "to jest miękkie i gorące" lub "to jest twarde i zimne" - wyjaśnia dr. Solaiman Shokur z Politechniki Federalnej w Lozannie.

- To badanie toruje drogę dla bardziej naturalnych protez dłoni, które przywracają pełen zakres wrażeń, oferując osobom po amputacji bogatsze i bardziej naturalne postrzeganie świata dotykowego – podsumowuje Micera.

Źródło: Sant’Anna School of Advanced Studies, fot. EPFL/Caillet

Twórz treści i zarabiaj na ich publikacji. Dołącz do WP Kreatora