Gesundheit

Jetzt näher an der Realität: Prothesen, die fühlen können

Menschen tun eine Menge Dinge mit Ihren Händen: Wir squeeze-avocados an die Lebensmittel-Geschichte, kratzen unsere Hunde hinter den Ohren und halten unsere signifikante andere‘ Hände. Sie sind Dinge, die vielen Menschen, die verlorene Glieder nicht tun kann.

CU-Boulder biomedizinischer Ingenieur Jacob Segil ist die Arbeit zurück zu bringen, dass der Tastsinn für amputierte, darunter auch Veteranen aus den kriegen im Irak und in Afghanistan.

Segil, ein Lehrer in der Engineering-Plus-Programm und Programm-Direktor für das Zentrum für Translationale Forschung an der CU Boulder, ist Teil eines lang Laufenden Anstrengungen zur Erreichung der Stoff, aus dem science-fiction: die Konstruktion künstlicher Gliedmaßen, die möglicherweise eines Tages erlauben, amputierte fühlen, die Welt um Sie herum durch elektronische sensoren. Bild Luke Skywalker zuckte nach bekommt er stocherte in seinem Roboter-hand.

„In meinem Bereich, haben wir einen gold-standard, das ist die physiologische hand“, sagte Segil, auch eine Forschung im Gesundheitswesen, Wissenschaftler bei der US-Department of Veterans Affairs. „Wir versuchen, es neu zu erstellen, und wir sind immer noch so weit Weg.“

Weit Weg, aber näher als Sie vielleicht denken. Durch eine Anstrengung, geführt von der Case Western Reserve University und der VA, Segil und seine Kollegen verwendet eine einzigartige „neuralen interface“, um eine kleine Anzahl von amputierten wieder das Gefühl der Berührung in Ihren fehlenden Fingern. In einer neuen Studie, veröffentlicht in diesem Monat in der Zeitschrift Wissenschaftliche Berichte, das team demonstrierte, wie effektiv dieses sensorische-restoration-Technologie können helfen, einen amputierten zu fühlen, seine hand anzunehmen, eine Reihe von Haltungen, wie eine Geste, die wie die Daumen-hoch-Zeichen.

Für Segil, die vor kurzem eine $1 Millionen Career Development Award von der VA, um seine Arbeit fortzusetzen, das Projekt ist eine chance zu nutzen, seine technischen Fähigkeiten zu helfen, echte Menschen.

„Viele von uns sind Ingenieure würden nur glücklich sein, Dinge aufzubauen,“ Segil sagte. „Aber als VA-Forscher, Ihre Arbeit kann den Menschen helfen, die serviert unser Land. Es ist ein starker motivator.“

Körper Sinn

Segil wuchs in einer Familie von ärzten und der schon lange fasziniert von der Idee, das Studium des menschlichen Körpers als einer Maschine—wenn auch ein ziemlich kompliziertes.

„Es ist wirklich nur ein Haufen Drähte und Aktoren, die mit einem riesigen Mikroprozessor in Ihrem Kopf,“ Segil sagte.

Dieses Interesse führte ihn zu verdienen, die seinen Ph. D. in Maschinenbau von der CU-Boulder-und eine Postdoc-position, aufgeteilt zwischen zwei VA-Zentren: der Louis Stokes Cleveland VA Medical Center in Ohio und die Rocky Mountain Regional VA Medical Center in Aurora, Colorado. In Cleveland, Segil arbeitete mit biomedizinischer Ingenieur Dustin Tyler und erforscht den nutzen von Prothesen, die fühlen können.

In den 2000er Jahren, Tyler erfand einen Weg, um, im wesentlichen, hotwire das menschliche Nervensystem.

Seine Schnittstelle, genannt Nerven-cuff-Elektrode, umgibt die Nerven und zappt Sie mit elektronischen Impulsen. Passen Sie diese Signale nur Recht, und Sie werden Reisen, um das Gehirn trickst Sie zu denken, dass Sie spürt die Finger, auch wenn es keinen Finger zu fühlen.

„Wir erschließen, dass der Draht, bevor er das Gehirn und dann das Gehirn nicht sagen kann, ob es aus dem finger oder aus unserem künstlichen system“, sagte Tyler, ein professor an der Case Western und VA-Forscher.

Bis heute, nur vier Patienten unterzogen sich der Operation notwendig, um das sensorische feedback. Aber das Projekt ist ein großer Durchbruch in der Prothetik, Segil, sagte. Er erklärte, dass während der künstlichen Hände sind gewachsen, mehr high-tech in den letzten Jahren viele amputierte immer noch entscheiden, Sie nicht zu verwenden—im großen Teil, weil diese Geräte sind taub.

„Alle Prothesen, die jemals verwendet wurden sind“ körperlos,'“ sagte er. „Sie sind die Werkzeuge, die sich außerhalb des Körpers. Sie sind das äquivalent eines tennis-Spieler und Ihre Schläger.“

In der kürzlich veröffentlichten Fallstudie, Segil und seine Kollegen begannen zu untersuchen, ob sensing Prothetik mehr tun könnte—zu einem sinnvollen Teil des Körpers einer person.

Die Forscher arbeiteten mit einer Freiwilligen, ein Mann in seinen 40ern, der verloren hatte, seinen arm unter den Ellbogen in sechs Jahren vor. Sie fütterte seine neurale Schnittstelle unterschiedlicher Muster von sensorischen Informationen—sagen, cues, er war Kommissionierung bis ein penny. Die Gruppe fragte dann den Mann, während seine Prothesen war, versteckten aus dem Blick, entscheiden, was position seiner hand war aus einem Menü mit sieben Stellungen.

https://www.youtube.com/embed/wZcCFK9S5ac?color=white

Die Schnittstelle hat den trick. Mit genügend Praxis, der Mann in der Lage war, zu identifizieren, die sieben Haltungen mit bis zu 95% Genauigkeit.

„Wenn Sie fünf Punkte von Informationen, die Benutzer in der Lage ist zu synthetisieren, denen man eine breitere Sicht auf das, was der Staat mit der hand,“ sagte Tyler.

Das team ist noch ein langer Weg von Ihren Star-Wars-moment. Aber es ist ein guter Anfang.

„Ich denke, wir müssen noch weiter gehen in dieser Ausführungsform der Raum, wo das künstliche und das physische sind unscharf,“ Segil sagte. „Das ist das Zeug, das geht über Prothesen und definiert die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine.“

Geschichten zu erzählen

Segil ist die Planung zu schieben seine Geistes-Biege -, die weitere Forschung mit seiner neuen Finanzierung, die aufgeteilt werden zwischen den VA-Zentren in Ohio und Colorado. Seine aktuelle Arbeit konzentriert sich auf die Psychologie der Prothetik so viel wie die engineering—was wird es dauern für amputierte zu denken, Ihre künstlichen Gliedmaßen als echten Körperteile? Er hofft außerdem, dass Patienten in Colorado wird bald in der Lage sein, um erhalten Ihre eigenen neuronalen Schnittstellen.

Für jetzt, der engineer nimmt seine inspiration von Leuten wie die (anonyme) menschliche Subjekt, sich freiwillig zu beteiligen in seiner aktuellen Studie.