دو داوطلب نخستین افراد قطع عضو (از بالای زانو) در جهان هستند که می‌توانند پا و زانوی خود را دوباره احساس کنند. پروتزهای بیونیک آنها که توسط یک گروه بین‌المللی ساخته شده است، دارای حسگرهایی است که به اعصاب باقی مانده در ران متصل می‌شود. بازخورد عصبی (نوروفیدبک) حاصل، موجب کاهش فشار جسمی و روانی این کاربران می‌شود. برای آشنایی بیشتر با این پژوهش با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.
افراد دارای پاهای سالم هنگام راه رفتن حرکت زانوی خود یا لمس زمین توسط پاها را احساس می‌کنند. سیستم عصبی به طور مداوم با دریافت بازخورد حسی، عضلات را کنترل کند. افرادی که از پروتز پا استفاده می‌کنند دقیقاً نمی‌دانند پروتز کجا قرار دارد، چگونه حرکت می‌کند یا روی چه نوع زمینی ایستاده‌اند. آنها نمی‌توانند هنگام راه رفتن به پروتز خود کاملاً اعتماد کنند و بیشتر به پای سالم خود تکیه می‌کنند. که به نوبه خود موجب کاهش تحرک و سریع خسته شدن آنها می‌شود. برای نمونه پیاده‌روی ساده بر روی سنگریزه یا ماسه می‌تواند برای افرادی که از پروتز استفاده می‌کنند بسیار خسته کننده باشد.
افزون بر این، افراد قطع عضو درد اندام فانتوم را تجربه می‌کنند. شرایطی که داروهای موجود نمی‌تواند آن را درمان کند. Savo Panic که این پدیده را تجربه می‌کند، می‌گوید شب هنگام به دلیل درد فانتوم از خواب بیدار می‌شود: «انگشتان پا، پاشنه پا و مچ پا همه آسیب می‌بینند و درد آنها را حس میکنم در صورتی که آنها اصلاً وجود ندارند».
یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران به سرپرستی ETH زوریخ و استارت‌آپ SensArs، رابطی برای اتصال پروتز پا به اعصاب باقیمانده موجود در ران کاربر ایجاد کرده‌اند. وظیفه این رابط ارائه بازخورد حسی است. در مطالعه‌ای که با همکاری دانشگاه بلگراد انجام شده است، دانشمندان این سامانه نوروفیدبک را با دو داوطلب قطع عضو از قسمت بالای زانو، آزمایش کردند.
تبدیل سیگنال‌های مصنوعی به سیگنال‌های طبیعی
دانشمندان برای ارائه اطلاعات حسی به سیستم عصبی با پروتزهای پیشرفته‌ای که در دسترس قرار دارند کار خود را آغاز کردند. آنها حسگرهای لمسی را به کف پروتز پا متصل کردند و داده‌های مربوط به حرکت زانو را توسط مفصل الکترونیکی موجود در زانوی پروتز، دریافت کردند.
در مدت سه ماه که این آزمایش به طول انجامید، جراحان الکترودهای کوچکی را در ران هر داوطلب قرار دادند و آنها را به اعصاب باقیمانده پا متصل کردند. Marko Bumbasirevic، استاد و جراح ارتوپدی در درمانگاه مرکزی صربستان در بلگراد گفت: «هدف از این عمل جراحی، قرار دادن الکترودها در مکان‌های مناسب عصب است تا بتواند بازخورد حسی مادام العمر و پایداری الکترودها را تأمین کند». الکترودها توسط دانشمندان دانشگاه فرایبورگ ساخته شد و پروتز مورد استفاده در آزمایش از شرکت پروتز Ossur تهیه شده بود.
گروه پژوهشی الگوریتم‌هایی را برای ترجمه اطلاعات از حسگرهای لمسی و حرکتی به پالس‌های الکتریکی (زبان سیستم عصبی) تهیه کردند. پالس‌هایی که به عصب باقیمانده تحویل داده می‌شود. سپس طبیعت بقیه موارد را انجام می‌دهد: سیگنال‌ها از اعصاب باقیمانده به مغز شخص منتقل می‌شود. بنابراین فرد می‌تواند پروتز را حس کند و این به کاربر کمک می‌کند تا گام برداشتن خود را تنظیم کند. درنهایت دستگاه و بدن به هم متصل می‌شوند.
تلاش کمتر برای راه رفتن
به عنوان بخشی از مطالعه، داوطلبان تحت آزمایش‌های مختلفی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که بازخورد عصبی چه مزایایی دارد. راه رفتن با نوروفیدبک (بازخورد عصبی) به تلاش جسمی بسیار کمتری نیاز دارد. چرا که راه رفتن داوطلبان با کاهش قابل توجه میزان اکسیژن همراه بود.
پژوهشگران با اندازه‌گیری فعالیت مغز در طول آزمایش‌ها نشان دادند کاربران از نظر ذهنی با بازخورد عصبی، کمتر درگیر می‌شوند. در این حالت نیازی نیست به سختی روی راه رفتن خود تمرکز کنند و آنها توانستند بیشتر توجه خود را به کارهای دیگر اختصاص دهند.
در یک آزمایش دشوار، داوطلبان مجبور بودند روی ماسه راه بروند. بازخورد عصبی به آنها امکان داد تا بطور قابل توجهی سریع‌تر راه بروند. در نظرسنجی‌ها داوطلبان اظهار داشتند که با نوروفیدبک اعتماد آنها به پروتزها به شدت افزایش یافته است.
کاهش درد اندام فانتوم با بازخورد عصبی
همچنین می‌توان از این رابط سیستم عصبی برای تحریک اعصاب، به طور مستقل از پروتز، استفاده کرد. پیش از آغاز آزمایش، هر دو داوطلب از درد اندام فانتوم شکایت داشتند. در طی یک برنامه درمانی یک ماهه و تحریک عصبی، درد اندام فانتوم در یکی از داوطلبان کاهش چشمگیری داشت. در مورد فرد دیگر، Panic، درد کاملاً ناپدید شد. او می‌گوید: «از زمانیکه این برنامه درمانی را آغاز کرده‌ام و پس از دریافت تحریک الکتریکی، هیچ درد فانتومی را احساس نمی‌کنم».
دانشمندان با این نتایج امیدوار شده‌اند. با این حال آنها نیاز به پژوهش‌های طولانی‌تر، ارزیابی‌های بیشتر در زندگی روزمره و آزمایش روی تعداد بیشتری از داوطلبان دارند. بجز ETH زوریخ، دانشگاه‌های بلگراد و فرایبورگ، SensArs و Ossur، این پروژه شامل دانشمندان EPFL، دانشکده پژوهش‌های پیشرفته Sant’Anna در پیزا، دانشگاه Montpellier و شرکت mBrainTrain بود.
بیشتر بخوانیم:
>>بهبود کیفیت زندگی افراد قطع عضو با روش نوین تولید لاینر پروتز پا
>>کنترل دست مصنوعی با حرکت اندام فانتوم
>>کاهش درد اندام فانتوم افراد قطع عضو با جراحی مسیریابی دوباره اعصاب
منبع: ethz.ch
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»
