Мечтайки за бъдеще, в което ръката на Люк Скайуокър е нещо повече от фантастика, учени са проектирали „бионична ръка“, която с помощта на множество малки роботизирани части, дава възможност за създаване на жизнени усещания и движения, които хората с ампутиран крайник са загубили. Роботизираните части постигат това, като безопасно контролират здравите мускулите в зоната на ампутация на изгубената ръка.
До 2028 г. се очаква световният пазар на протези да достигне над 8 милиарда щатски долара, според доклад от 2021 г. от Grand View Research, но изкуствените крайници не успели да преминат особено далеч отвъд механичните ограничения. Те наистина не могат да направят особено много за хората, които се нуждаят от тяхната помощ, като не могат да върнат усещането на докосвания и усещания, които ни помагат в ежедневието или подобряват емоционалното ни преживяване.
Пол Мараско, доцент в катедрата по биомедицинско инженерство в Кливлендския институт Лернер и водещ автор на изследване за новата бионична ръка, публикувано в сряда в списанието Science Robotics, казва: „Ние все още използваме технология, която някак си е достигнала своя зенит през Втората световна война“, имайки предвид, че протезите на крайници, които се предлагат на хората с ампутации към момента , не са се развили особено значително оттогава досега.
Новата бионична ръка ще бъде изградена от комбинация от метал и реалистично имитиращ кожа материал, който ще се предлага в различни цветови тонове.
Въпреки че има няколко други научни проекти и екипи, които създават бионични протези или подпомагащи ежедневието технологии, Мараско изтъква няколко предимства на разработката на неговия екип.
Устройството, което звучи като извадено от научна фантастика, всъщност превежда информация директно към и от мозъка чрез мощни роботизирани елементи, приблизително наполовина по-големи от стандартна кибритена кутия. Докато превръща мислите в действия, ръката може едновременно да се свърже с мозъка, за да достави преживяването на усещания, които съответстват на извършваното действие.
Не само, че изкуственият крайник е първата бионична ръка, която едновременно подобрява няколко показателя чрез своите предимства пред типичното протезиране, но и данните показват, че тя пресъздава усещанията от естествените крайници достатъчно точно, за да възстанови несъзнателните рефлекси при хората с ампутирани крайници, които я използват.
Под „несъзнавани рефлекси“ се имат предвид онези рефлекси, които се извършват чрез мозъчна дейност под прага на нашето съзнание, на които ние разчитаме всеки ден – като например рефлексите за действия като вземането на чаша кафе, когато ръката ни намира чашата на масата, хваща дръжката с правилната сила и правилното ниво на натиск, а след това успяваме да върнем чашата чрез също толкова прецизни маневри, за които обикновено не си даваме сметка, така че да не разлеем горещата течност. Можем да изпълним тази задача по всяко едно време и във всяка една ситуация, стига да нямаме неврологично увреждане, тъй като не е необходимо да се замисляме за нея – няма значение дали и колко сме разсеяни, в какво настроение сме и какво се случва около нас, тъй като нервите в мускулите на ръцете ни автоматично реагират.
Традиционните протезни крайници не могат да върнат тази лекота на неосъзнаваните движения, тъй като при тях е необходимо ръчно задвижване – хората с ампутиран крайник трябва да държат очите си нащрек по всяко време и да се тревожат прекалено много за неща, които човек без увреждания обикновено може да направи само по интуиция.
След като учените тестват настоящото си изобретение върху два тестови предмета и използват безпрецедентни аналитични инструменти, екипът развълнувано открива, че лицата с ампутирани крайници се връщат успешно към несъзнаваното си рефлексивно поведение от преди ампутацията, включително и интуитивно хващане и естествени движения на очите – така хората могат да фокусират зрението си далеч от своя протезен крайник, докато извършват ежедневни дейности, без да е необходимо да им посвещават огромно внимание или енергия.
За да функционират правилно тези нови протези, които учените са разработили, те изискват три основни компонента: пренареждане на нервните окончания, използване на мини роботизирани елементи, които работят като нещо като контролен център, и самата бионична ръка.
Първо, в рамките на хирургическата процедура се отнемат неизползваните нервни окончания на ампутирания в здравата част на ръката – тези, които преди са били посветени на отстранените части, като например върховете на пръстите, а след това същите нервни окончания биват „включени“ на мястото на ампутация.
„Мозъкът ви реагира и подава сигнали към определени нервни връзки – ако здрави нервни връзки бъдат успешно пренасочени към други мускули по тялото, той няма да направи разлика между мускул на рамото или мускул някъде надолу по предмишницата ви“, обяснява Мараско.
Изследователите са модифицирали готовите протези на крайниците, вместо да започнат от нулата, надявайки се бързо да успеят да започнат с доставките на своята разработка до клиники за рехабилитация и да ги направят по-рентабилен вариант от традиционното протезиране. Хората, които използват тези по-малко напреднали изкуствени крайници, често натоварват неравномерно много други части на тялото си, за да успяват да вършат ежедневните си дейности, като по този начин си докарват проблеми с гърба, рамото и други подобни симптоми от прекомерното натоварване само на определени зони, което в крайна сметка отново изисква скъпи медицински грижи.
„Ръката може да бъде свързана със здравите мускули и невроните да бъдат използвани за генериране и предаване на сигнали, които да върнат отново сетивността и двигателната гъвкавост на ръката“, казва Мараско.
Бионичната ръка бива поставена върху мястото на ампутацията и малки роботизирани елементи се поставят в близост до него. Тези роботизирани елементи притискат съответните области на мястото, стимулирайки прикрепените нервни окончания, когато пациентът захване ръката.
„Тези усъвършенствани системи са по-скъпи за начало, но ако ги използвате, те няма да ви наранят, защото ви позволяват много повече, без да водят до странични ефекти за други части на тялото. По този начин, в дългосрочен план те струват много по-малко, отколкото познатите ни досега традиционни протези“, допълва Мараско.
