science >> Wetenschap > >> anders

Hoe kan iemand een machine besturen met haar gedachten?

Claudia Mitchell met haar 'bionische arm'. Foto met dank aan AP Photo/Caleb Jones

Deze week, het Rehabilitation Institute of Chicago introduceerde de eerste vrouw die werd uitgerust met zijn "bionische arm" -technologie. Claudia Mitchel, die haar linkerarm aan de schouder had laten amputeren na een motorongeluk, kan nu een lade trekken met haar prothetische hand door te denken, "greep lade trekken." Dat een persoon met succes meerdere, complexe bewegingen van een prothetisch ledemaat met zijn of haar gedachten opent een wereld aan mogelijkheden voor geamputeerden. De opzet - zowel chirurgisch als technologisch - die deze prestatie mogelijk maakt, is bijna net zo verbazingwekkend als de resultaten van de procedure.

De "bionische arm"-technologie is voornamelijk mogelijk vanwege twee feiten van amputatie. Eerst, de motorische cortex in de hersenen (het gebied dat vrijwillige spierbewegingen bestuurt) zendt nog steeds controlesignalen uit, zelfs als bepaalde vrijwillige spieren niet langer beschikbaar zijn voor controle; en ten tweede, wanneer artsen een ledemaat amputeren, ze verwijderen niet alle zenuwen die ooit signalen naar die ledemaat droegen. Dus als iemands arm weg is, er zijn werkende zenuwstompen die in de schouder eindigen en eenvoudigweg nergens hun informatie naar toe kunnen sturen. Als die zenuwuiteinden kunnen worden omgeleid naar een werkende spiergroep, dan wanneer een persoon denkt "handgreep met de hand vastpakken, " en de hersenen sturen de corresponderende signalen naar de zenuwen die met de hand moeten communiceren, die signalen komen terecht bij de werkende spiergroep in plaats van bij het doodlopende uiteinde van de schouder.

Het omleiden van die zenuwen is geen eenvoudige taak. Dr. Todd Kuiken van de RIC ontwikkelde de procedure, wat hij 'gerichte spierreïnnervatie' noemt. Chirurgen ontleden in feite de schouder om toegang te krijgen tot de zenuwuiteinden die de bewegingen van armgewrichten zoals de elleboog regelen, pols en hand. Vervolgens, zonder de zenuwen te beschadigen, ze leiden de uiteinden om naar een werkende spiergroep. In het geval van de "bionische arm van de RIC, " Chirurgen hechten de zenuwuiteinden aan een reeks borstspieren. Het duurt enkele maanden voordat de zenuwen in die spieren groeien en volledig geïntegreerd zijn. Het eindresultaat is een omleiding van controlesignalen:de motorische cortex zendt signalen uit voor de arm en hand door zenuwkanalen zoals altijd; maar in plaats van dat die signalen bij de schouder terechtkomen, ze eindigen op de borst.

Om die signalen te gebruiken om de bionische arm te besturen, de RIC-opstelling plaatst elektroden op het oppervlak van de borstspieren. Elke elektrode stuurt een van de zes motoren aan die de gewrichten van de prothetische arm bewegen. Wanneer een persoon denkt "open hand, " de hersenen sturen het "open hand" signaal naar de juiste zenuw, bevindt zich nu in de borst. Wanneer het zenuwuiteinde het signaal ontvangt, de borstspier waarmee het is verbonden, trekt samen. Wanneer de "open hand" borstspier samentrekt, de elektrode op die spier detecteert de activering en vertelt de motor die de bionische hand bestuurt om te openen. En aangezien elk zenuwuiteinde is geïntegreerd in een ander stuk borstspier, een persoon die de bionische arm draagt, kan alle zes motoren tegelijkertijd bewegen, wat resulteert in een vrij natuurlijk bewegingsbereik voor de prothese.

Voor meer informatie over RIC's "bionische arm, " robotprothesen en aanverwante onderwerpen, bezoek de volgende pagina.