Protetiskt benarbete förbättrar hälsan

Swiss Federal Institute of Technology Z rich

I testerna användes en kommersiellt tillgänglig protes med en högteknologisk elektronisk knäled. © ETH Zurich
läsa högt

För första gången känner två personer med benamputation ovanför knäet sin konstgjorda fot och konstgjorda ben i realtid. Detta möjliggörs genom en ny bionisk protes med sensorer anslutna till nerven i låret. Tack vare neurofeedback har protesbärare större förtroende för den artificiella lemmen, promenader är mindre fysiskt och mentalt utmattande för dem och de lider mindre av fantomsmärta.

Människor med intakta ben känner sig när de rör sig på knäna eller när fötterna berör marken. Ditt nervsystem använder ständigt en sådan sensorisk feedback för att exakt kontrollera musklerna. Men alla som måste bära ett protesben vet inte exakt var protesen är och hur den rör sig. Förtroende för att gå protesen är svårt för dessa människor, och de litar ofta för mycket på deras intakta ben. Deras rörlighet är därför begränsad och de tröttnar snabbt. Dessutom lider människor med en amputerad lem ofta av fantomsmärta, vilket är svårt att hantera med medicinering.

Ett internationellt team av forskare under ledning av ETH Zurich och startandet av Sensars i Lausanne har nu utvecklat ett gränssnitt för att ansluta en benprotes med nerverna i användarens lår och därmed ge sensorisk feedback. I en studie i samarbete med University of Belgrade testade forskare detta neurofeedback-system på två frivilliga som hade ett ben amputerat ovanför knäet.

"Vår genomförbarhetsstudie visar hur fördelaktigt det är för hälsa hos benamputerade att ha en protes som fungerar med neurala implantat för att återställa sensorisk feedback, " säger Stanisa Raspopovic, professor vid Institute of Robotics and Intelligent Systems, ETH Zurich. Han och hans kollegor rapporterar om det i det aktuella numret av tidskriften Nature Medicine.

Förvandla konstgjorda signaler till naturliga

I studien använde forskarna en kommersiellt tillgänglig protes med en högteknologisk elektronisk knäled. De fäst beröringssensorer på protesfotsulan. Under den tre månader långa studieperioden placerade kirurger små elektroder i volontärens lår och kopplade dem till bennervarna där. display

"Målet med operationen var att placera elektroder på rätt plats i nerven för att möjliggöra återställande av naturtro sensorisk återkoppling och stabilitet hos elektroderna, " säger Marko Bumbasirevic, Professor och ortopedisk mikrosurgeon vid Clinical Center of Serbien i Belgrad, som var ansvarig för implantering av elektroden. Elektroderna utvecklades av forskare från University of Freiburg i.Br., proteserna kom från protesföretaget ssur, som båda var aktivt involverade i projektet.

Forskningsteamet utvecklade algoritmer för att översätta informationen om den taktila sensorn på fotsulan samt rörelsessensorerna i det elektroniska knäledet till nuvarande impulser nervsystemets språk . Elektroderna skickade dessa pulser till nerven, och naturen tog hand om resten: nervsignalerna överfördes till hjärnan, vilket gjorde det möjligt för bärarna att förstå protesen och anpassa deras gång därefter. Maskinen och karosseriet blev en enhet.

Mindre ansträngning när man går

Som en del av studien avslutade försökspersonerna en serie tester, alternerande med och utan neurofeedback. Resultaten visade hur gynnsam feedback var: att gå med neurofeedback var fysiskt mindre ansträngande för individerna, vilket resulterade i avsevärt minskad syreförbrukning. Mentalt var promenader med neurofeedback mindre ansträngande, som forskarna visade med hjärnaktivitetsmätningar. Personerna behövde inte koncentrera sig så mycket på promenader utan kunde i stället koncentrera sig på andra uppgifter.

I ett svårt test fick försökspersonerna gå över sanden. Återkopplingen tillät dem att gå mycket snabbare. I undersökningar uppgav försökspersonerna att neurofeedbacken kraftigt ökade sitt förtroende för protesen.

Mindre fantomsmärta

Gränssnittet till nervsystemet kan också användas för att stimulera nerverna oberoende av protesen. Innan de började studien klagade båda deltagarnas deltagare på fantomsmärta. Savo Panic, en av försökspersonerna, vaknade ofta på natten på grund av fantomsmärta. Tåen att jag inte har skadat mig min stortå, min fot, min häl, mitt lår och min kalv, det hela gjorde ont, och samtidigt hade jag inte allt, säger han. Som en del av ett månadsprogram för neurostimuleringsterapi lyckades forskarna att reducera smärtan betydligt hos ett ämne i Panic, smärtan försvann till och med helt. "Sedan jag började neurostimulering har jag inga fantomsmärtor, " säger han.

Dessa resultat är optimistiska för forskarna. De påpekar dock att en längre studie, där ett större antal försökspersoner testar systemet i vardagen, behövs för att dra mer pålitliga slutsatser. För den tidsbegränsade kliniska prövningen leddes signalerna från protesen genom huden genom huden till elektroderna i låret. Detta innebar att försökspersonerna måste genomgå regelbundna medicinska undersökningar. För att undvika detta vill forskarna utveckla ett helt implanterbart system. "På Sensars planerar vi att utveckla en trådlös neurostimuleringsenhet som kan implanteras helt och släppas ut på marknaden som en pacemaker, " säger Francesco Petrini, VD för Sensars. (Nature Medicine, doi: 10.1038 / s41591-019-0567-3)

- Redaktionell scinexx