Onderzoekers hebben een bionische hand van de volgende generatie ontwikkeld waarmee geamputeerden hun proprioceptie kunnen herwinnen. De resultaten van de studie, die zijn gepubliceerd in Wetenschap Robotica , zijn het hoogtepunt van tien jaar robotica-onderzoek.

De bionische hand van de volgende generatie, ontwikkeld door onderzoekers van EPFL, de Sant'Anna School of Advanced Studies in Pisa en de A. Gemelli University Polikliniek in Rome, stelt geamputeerden in staat om een ​​zeer subtiele, bijna natuurlijke tastzin. De wetenschappers slaagden erin het gevoel van proprioceptie te reproduceren, dat is het vermogen van onze hersenen om onmiddellijk en nauwkeurig de positie van onze ledematen te voelen tijdens en na beweging - zelfs in het donker of met onze ogen dicht.

Met het nieuwe apparaat kunnen patiënten een object op een tafel pakken en de consistentie van een item vaststellen, vorm, positie en grootte zonder ernaar te hoeven kijken. De prothese is met succes getest bij verschillende patiënten en werkt door het stimuleren van de zenuwen in de stomp van de geamputeerde. De zenuwen kunnen dan in realtime sensorische feedback aan de patiënten geven - bijna zoals ze dat in een natuurlijke hand doen.

De bevindingen zijn het resultaat van tien jaar wetenschappelijk onderzoek gecoördineerd door Silvestro Micera, een professor in bio-engineering aan EPFL'School of Engineering en de Sant'Anna School of Advanced Studies, en Paolo Maria Rossini, directeur neurowetenschappen aan de A. Gemelli University Polyclinic in Rome.

Sensorische feedback

Met de huidige myo-elektrische prothesen kunnen geamputeerden de vrijwillige motorische controle over hun kunstmatige ledemaat terugkrijgen door gebruik te maken van de resterende spierfunctie in de onderarm. Echter, het ontbreken van enige zintuiglijke feedback betekent dat patiënten sterk moeten vertrouwen op visuele aanwijzingen. Dit kan voorkomen dat ze het gevoel hebben dat hun kunstmatige ledemaat deel uitmaakt van hun lichaam en het gebruik onnatuurlijker maken.

Onlangs, een aantal onderzoeksgroepen is erin geslaagd om tactiele feedback te geven bij geamputeerden, wat leidt tot een verbeterde functie en uitvoering van de prothese. Maar deze laatste studie gaat nog een stap verder.

"Onze studie toont aan dat sensorische substitutie op basis van intraneurale stimulatie zowel positiefeedback als tactiele feedback tegelijkertijd en in realtime kan leveren, " legt Micera uit. "De hersenen hebben geen probleem om deze informatie te combineren, en patiënten kunnen beide typen in realtime verwerken met uitstekende resultaten."

Intraneurale stimulatie herstelt de stroom van externe informatie met behulp van elektrische pulsen die worden verzonden door elektroden die rechtstreeks in de stomp van de geamputeerde worden ingebracht. Patiënten moeten dan een training ondergaan om geleidelijk te leren hoe ze die pulsen kunnen vertalen in proprioceptieve en tactiele sensaties.

Deze techniek stelde twee geamputeerden in staat hun hoge proprioceptieve scherpte terug te krijgen, met resultaten die vergelijkbaar zijn met die bij gezonde proefpersonen. De gelijktijdige levering van positie-informatie en tactiele feedback stelde de twee geamputeerden in staat om de grootte en vorm van vier objecten te bepalen met een hoge mate van nauwkeurigheid (75,5%).

"Deze resultaten laten zien dat geamputeerden effectief tactiele en positie-informatie kunnen verwerken die tegelijkertijd via intraneurale stimulatie wordt ontvangen, " zegt Edoardo D'Anna, EPFL-onderzoeker en hoofdauteur van de studie.