نیوزویز – حجم قابل توجهی از تحقیق و توسعه برای ایجاد اندام های مصنوعی پیچیده و یادگیری نحوه کنترل موثر آنها انجام شده است. اما یک چالش بزرگ در کنترل بازوی مصنوعی، ارتباط بین دستگاه و اندام فانتوم کاربر است – این حس که یک عضو قطع شده یا گم شده هنوز به آن متصل است.
محققان در آزمایشگاه فیزیک کاربردی جانز هاپکینز (APL) در لورل، مریلند، با بررسی روش‌هایی برای آسان‌تر کردن کنترل پروتز برای کاربران، دریافتند که تحریک حسی به آنها باعث بهبود درک دست فانتوم آنها می‌شود و به ماهیچه‌های قابل اعتمادتر و تکراری‌تر منجر می‌شود. سیگنال های حرکتی که برای کنترل بازوی مصنوعی استفاده می شود. آخرین یافته های آنها، “تحریک حسی درک اندام فانتوم و رمزگشایی حرکت را بهبود می بخشد” منتشر شد در مجله مهندسی عصبی.
لوک آزبورن، محقق مهندسی عصبی APL، نویسنده اصلی مقاله، توضیح داد: «ما دریافتیم که ارائه حس لامسه به دست فانتوم برای افراد قطع عضو، توانایی آنها را نه تنها در احساس دست فانتوم، بلکه در حرکت آن نیز بهبود می‌بخشد. این ادراک تقویت‌شده توانایی ما را برای رمزگشایی سیگنال‌های عضلانی که برای کنترل بازوی مصنوعی فرد قطع عضو استفاده می‌شوند، بهبود بخشید.
آنها همچنین دریافتند که این بهبود در کنترل بازوی فانتوم تنها چند ساعت به طول انجامید.
ما یکی از شرکت‌کنندگان را در طول زمان دنبال کردیم و متوجه شدیم که نقشه‌های حسی دست فانتوم او ثابت بودند – در یک دوره دو ساله تغییری نکردند – و توانایی او در کنترل پروتزش نیز تا حد زیادی در یک دوره یک ساله ثابت بود. آزبورن که در تحریک عصبی غیرتهاجمی برای بازخورد حسی، توسعه حسگر لمسی و پروتز اندام فوقانی تخصص دارد، گفت. اما هر بار که ما بر روی بازوی فانتوم او تحریک حسی انجام می دادیم، توانایی او در انجام حرکات با بازوی فانتوم خود در آن روز بهبود می یافت.
از آنجایی که ما شاهد بهبود حرکت بازوی فانتوم در نتیجه بازیابی حس لمس هستیم، معتقدیم این تکنیک ممکن است به کاربران کمک کند کنترل بازوی مصنوعی را تسهیل کنند.
آزبورن این خط تحقیقاتی را در سال 2019 به عنوان دانشجوی فارغ التحصیل در گروه مهندسی زیست پزشکی در دانشگاه جانز هاپکینز به همراه پروفسور مهندسی برق و کامپیوتر و علوم اعصاب نیتیش تاکور آغاز کرد. آنها در حال بررسی راه هایی برای بازگرداندن حس لامسه به افرادی بودند که دچار قطع دست شده بودند. هنگامی که آزبورن در سال 2019 به بخش تحقیقات و توسعه اکتشافی APL (REDD) ملحق شد، تیم توانست کار را در یک همکاری رسمی بین JHU و APL ادامه دهد و یافته‌ها را به مطالعات در حال انجام مرتبط با کنترل پروتزهای ماهرانه به رهبری رابرت آرمیگر و مت فایفر مرتبط کند. ، هر دو از REDD
آزبورن توضیح داد: «ما از تکنیکی استفاده کردیم که آن را تحریک الکتریکی عصب از طریق پوست «هدف‌مند» می‌نامیم – یا tTENS – که به ما امکان می‌دهد مناطق کوچکی از پوست یک بازوی قطع شده را به صورت الکتریکی تحریک کنیم و حس لامسه را در بازوی فانتوم ایجاد کنیم.
برخی از شرکت‌کنندگانی که با آنها کار کرده‌اند می‌گویند که وقتی پوست آنها برای ایجاد حس لامسه تحریک می‌شود، درک و حرکت دادن دست فانتوم برای آنها آسان‌تر است، که جالب است، آزبورن گفت: «ما معمولاً از تحریک حسی برای تشخیص استفاده می‌کنیم. زمانی که اندام مصنوعی اش در حال گرفتن یک شی است استفاده می کند، اما به نظر می رسد که این تحریک حسی حرکت بازوی فانتوم خود را برای کسی آسان تر می کند.
هنگامی که ما شروع به بررسی این ایده کردیم، متوجه شدیم که کاربران در واقع پس از دریافت تحریک حسی در اوایل روز، در انجام ژست های پیچیده با دست فانتوم خود بهتر عمل می کنند. با دست فانتوم خود ژست می گیرند. حرکات دست از سیگنال EMG رمزگشایی می شود، که سپس می توان از آن برای کنترل دست مصنوعی استفاده کرد.
به نظر می رسد که نتایج به افراد مختلف تعمیم می یابد، صرف نظر از سطح قطع عضو، از کدام اندام مصنوعی یا مدت زمانی که از آن استفاده می کنند. وی خاطرنشان کرد: برای اینکه این تکنیک کار کند، نیازی به داشتن پیشرفته ترین پروتز نیست. بهبودهایی که ما در نتیجه تحریک حسی دیدیم، در توانایی انجام حرکات پیچیده با دست فانتوم و رمزگشایی آن اطلاعات با استفاده از سیگنال های EMG بود. این پیشرفت‌ها برای هر کاربری که برای کنترل پروتز خود به سیگنال‌های EMG متکی است، پیامدهایی دارد.
به طور گسترده‌تر، یافته‌های آنها همچنین پیامدهایی برای بهبود توانبخشی مهارت‌های حسی-حرکتی دارد، مهارت‌هایی که شامل فرآیند دریافت پیام‌های حسی (ورودی حسی) و تولید پاسخ (خروجی حرکتی) است. . این ایده که ادراک حسی جزء حیاتی کنترل یک سیستم است، خواه آن سیستم بازوی فیزیکی فرد باشد یا بازوی مصنوعی، می تواند به هدایت و بهبود بالقوه انواع تکنیک ها و درمان های توانبخشی کمک کند.
آزبورن و تیمش به بررسی این موضوع ادامه خواهند داد که چگونه بازگرداندن حس لامسه می تواند استفاده از پروتز و عملکرد کلی را بهبود بخشد. او گفت: «امیدواریم که درک بهتری از جنبه‌های تحریک حسی در ایجاد تغییراتی که مشاهده می‌کنیم، داشته باشیم تا بتوانیم استراتژی‌های توانبخشی شخصی‌سازی شده برای ارتقای بهبودهای طولانی‌مدت در کنترل پروتز و توانبخشی حسی-حرکتی ایجاد کنیم.»
