Żywa proteza - czy to jest możliwe?

Bezpośrednia interakcja czujników protetycznych z mózgiem - to główny cel, do którego zmierza wspomniany zespół. Dotychczasowe wyniki badań są więcej niż obiecujące.

Rekonstrukcja funkcji motorycznych i zmysłowych w protezie nie oznacza wyłącznie zastąpienia pewnego typu sygnałów, które mózg wysyła do rąk czy nóg, ale wiąże się również ze stworzeniem sztucznego połączenia działającego w drugą stronę.

Neurochirurdzy i specjaliści robotyki wyznaczyli sobie ambitny cel, który w niedalekiej przyszłości mógłby wynieść medycynę na nieznany dotąd poziom.

Dziewięć lat temu Dennis Aabo Sørensen zranił się poważnie w wyniku wybuchu wadliwego fajerwerku i musiał mieć amputowaną rękę. Obecnie nowoczesny typ protezy bionicznej przywraca mu zdolność odczuwania bodźców w protezie ramienia. Neurolodzy z University of Chicago wszczepili mu w kikut ramienia elektrody i umieścili w protetycznej ręce sensory dotykowe, aby pobudzić pozostałe w ramieniu nerwy. Podczas testów mężczyzna zdołał rozpoznać przedmioty za pomocą dotyku i chwytania obiektów.

- Odczuwałem to, czego nie mogłem doznać już od dziewięciu lat - mówi z przejęciem Duńczyk Sørensen, który chętnie zgodził się na udział w eksperymentach amerykańskich i europejskich inżynierów neurologicznych. Tym samym stał się pierwszym człowiekiem, który dosłownie na własnej skórze odczuł działanie rewolucyjnej technologii, na której opierają się współczesna neurologia i cybernetyka.

Zdolność odczuwania i mechanicznego postrzegania otoczenia jest dla człowieka biologiczną koniecznością, jeśli chce zręcznie i skutecznie wykonywać zadania manualne. Bodźce dotykowe przekazują informacje o rozmiarze siły, którą musi zastosować do bezpiecznego przeniesienia filiżanki z kawą lub kieliszka z winem.

- Bez zwrotnego połączenia z naszymi dłońmi i palcami nie moglibyśmy wykonywać tych codziennych czynności  - opisuje jeden z badaczy, neurolog Sliman Bensmaia z laboratorium w Chicago.

Wielu naukowców starało lub stara się stworzyć system protetyczny, który wskrzesiłby martwe zmysły po amputacji lub fatalnym uszkodzeniu kręgosłupa.

- Po chirurgicznym wszczepieniu elektrod do szczątków tkanki nerwowej ramienia i ustawieniu sensorów dotykowych do protezy program komputerowy przetworzył te sygnały w format identyfikowany przez nerwy - wyjaśnia Silvestro Micera z laboratorium Politechniki Federalnej w Zurychu.

Podczas miesięcznych testów klinicznych pacjent nosił słuchawki i opaskę na oczach, aby móc polegać wyłącznie na swoich sztucznych zmysłach. Potrafił dokładnie określić, jaką siłę nacisku musi zastosować do uchwycenia przedmiotów lub manipulowania z nimi. Opisywał różnice między miękkimi a twardymi rzeczami i bez problemu identyfikował specyficzne kształty, jak np. piłka do baseballu lub szklana butelka.

Co było najważniejsze? Pacjent twierdził, że miał uczucie dotyku identyczne z jego postrzeganiem w zdrowej ręce.

- Przeszliśmy od dawnego wywoływania sztucznych bodźców za pomocą wibracji do zupełnie rewolucyjnej metody. Dziś potrafimy stymulować bezpośrednio poszczególne nerwy - mówi Levi Hargrove z centrum rehabilitacyjnego w Chicago. Terapia ta powoli znajduje zastosowanie również u osób sparaliżowanych w wyniku ciężkiego uszkodzenia kręgów lub rdzenia kręgowego.

Polega to na doprowadzeniu bodźców elektrycznych do odpowiednich dolnych części rdzenia. Stymulacja sama w sobie nie wywołuje ruchów, ale pobudza skomplikowany układ nerwowy, który pobudza ośrodki mózgowe. Jest to pierwszy zabieg tego typu zakończony sukcesem.

Precyzyjnie określona i kontrolowana dawka prądu elektrycznego ma naśladować sygnały, które u zdrowych osób pochodzą z mózgu. W chwili nadejścia bodźca nerwy rdzeniowe zaczynają działać razem z impulsami pochodzącymi z dolnych kończyn, dzięki czemu dochodzi do ustalenia kierunku ruchów mięśniowych. Wszystko to dzieje się bez udziału koordynującej funkcji mózgu, kontrolującego wszystkie zmysły ludzkie.

Wróćmy jednak do bionicznego ramienia, które postrzega dotyk. Jak działa ono z biologicznego punktu widzenia?

Po amputacji ręki nerwy ciągle wysyłają sygnały, ale z tą różnicą, że wysyłają je w pustkę. Chirurg operacyjnie kieruje uszkodzone zakończenia nerwowe do innych mięśni ramienia. Pacjent ma wrażenie, że ciągle jeszcze porusza brakującą ręką, nadgarstkiem czy przedramieniem, ponieważ stare układy nerwowe stale wysyłają sygnały.

Obecnie impulsy nerwowe mogą wpływać na obszary, w które zostały skierowane. Program komputerowy potrafi rozpoznać skurcze mięśni i interpretuje je jako polecenia dla protezy ramienia.

A. Lato