Urządzenia mioelektryczne osiągają integrację sensomotoryczną
Najtrudniejszym, a jednocześnie kluczowym etapem każdego procesu badawczo-rozwojowego jest bez wątpienia przejście z badań akademickich do produktów odpowiadających na zapotrzebowanie rynku. Taką właśnie sytuację można zaobserwować na rynku interfejsów mioelektrycznych. Choć mają one wiele zalet w porównaniu do protez sterowanych sygnałami mięśniowymi – między innymi zastosowanie technologii zasysania i elektronicznych czujników do wykrywania znikomej aktywności mięśni, nerwów i EMG, aby przekładać ją na ruchy – dostępne na rynku urządzenia nadal nie są w stanie zapewnić użytkownikowi sensorycznej informacji zwrotnej. Niemniej na szczeblu akademickim, interfejs mioelektryczny z integracją sensomotoryczną jest już wykonalny. Aby przekształcić ten potencjał w faktyczny produkt, niezbędny jest dwukierunkowy transfer wiedzy w zakresie podstawowych badań neurofizjologicznych i analizy sygnałów z sektora akademickiego do przemysłowego i odwrotnie w zakresie wymagań i testów pod kątem zasadności klinicznej i opłacalności. Tutaj właśnie do akcji wkracza projekt MYOSENS (Myoelectric Interfacing with Sensory-Motor Integration). Wspomagany przez konsorcjum cieszących się międzynarodowym uznaniem europejskich zespołów akademickich i przemysłowych, prof. Dario Frarina z Uniwersytetu w Getyndze pracował przez cztery ostatnie lata nad rozwiązaniami umożliwiającymi wbudowanie elementów sensomotorycznych w opłacalne urządzenia mioelektryczne. Projekt, który zakończył się w marcu 2016 r., jest pierwszym przedsięwzięciem badawczym, które skoncentrowało się na dwóch aspektach: szkolenie z zakresu aktywnego sterowania protezami oraz rehabilitacja pacjentów po udarze za pomocą robotyki. Obydwa obszary wymagają podobnej bazy technologicznej w celu integracji sensomotorycznej i sztucznie indukowanej neuroplastyczności, które są niezbędne do (ponownego) nauczenia się czynności motorycznych. Prace konsorcjum już owocują nowatorskimi produktami na rynku. W jaki sposób może pan wyjaśnić brak integracji sensomotorycznej w obecnych interfejsach? Komercyjne/kliniczne interfejsy nie są wyposażone w integrację sensomotoryczną, gdyż systemy opracowane w laboratoriach badawczych nie są jeszcze wystarczająco niezawodne, aby mogły być implementowane w urządzeniach klinicznych do codziennego użytku. Ponadto nie ma jeszcze wystarczającej jasności, czy sensoryczna informacja zwrotna w urządzeniach rehabilitacyjnych jest użyteczna. Podczas gdy oczywistym jest, że zapewnienie pewnego rodzaju informacji zwrotnej użytkownikom protez jest przydatne, kiedy nie mają dostępu do innych informacji sensorycznych, to nie ma takiej pewności co do użyteczności dodatkowej informacji zwrotnej przy zachowaniu przez osobę po amputacji możliwości odbioru naturalnej informacji zwrotnej (jak za pośrednictwem wzroku). Jakie główne trudności napotkaliście w toku realizacji projektu i jak je pokonaliście? Projekt (typ IAPP) polegał na przełożeniu koncepcji opracowanych w środowisku akademickim na potrzeby przemysłu i odwrotnie. Główna trudność polegała na zaprojektowaniu paradygmatów doświadczalnych w celu obiektywnego porównania różnych rozwiązań zapewniających sztuczną informację zwrotną użytkownikom protez. Rozwiązania obejmują różne tryby informacji zwrotnej (np. stymulacja elektryczna, wibracja), różne lokalizacje (jedno- lub wielopunktowe) i różne zmienne (np. siła, prędkość) i tak dalej. Empiryczne odkrycie idealnego połączenia tych zmiennych jest niezwykle trudne i nie podlega łatwemu uogólnieniu. Z tego właśnie względu powstał model teoretyczny, który umożliwia przewidywanie wyników na podstawie parametrów doboru w kilku warunkach doświadczalnych. Wybierane pana zastosowania to w szczególności sterowanie protez mioelektrycznych i rehabilitacja funkcji motorycznych pacjentów po udarze. Skąd taki wybór? To dwa ważne obszary zasadnych klinicznie technik rehabilitacyjnych. Protezy sterowane za pomocą sygnałów mioelektrycznych są już na rynku (aczkolwiek bez sensorycznej informacji zwrotnej) i podobnie, urządzenia robotyczne do rehabilitacji są dostępne dla pacjentów (ale bez sterowania mioelektrycznego). Jednej i drugiej technologii brakuje aspektu uzupełniającego – odpowiednio sensorycznej informacji zwrotnej i sterujących sygnałów motorycznych – tak więc były one reprezentatywne dla wskazanych przez nas problemów. Czy jesteście zadowoleni z dotychczasowych wyników projektu? Projekt przyniósł wyjątkowo zadowalające wyniki. Najbardziej istotnym jest prawdopodobnie wprowadzenie na rynek przez Tyromotion, jedno z przedsiębiorstw zaangażowanych w MYOSENS, urządzenia robotycznego ze sterowaniem mioelektrycznym, które opracowaliśmy w ramach projektu. Może wywrzeć istotny wpływ na badania translacyjne. Kolejny system opracowany w trakcie projektu, który ma redukować fantomowe bóle kończyn za pomocą sensorycznej informacji zwrotnej, jest w trakcie procedury patentowej. W toku projektu pogłębiliśmy także istotnie wiedzę na temat roli sztucznej, sensorycznej informacji zwrotnej w protetyce, co może posłużyć za wytyczne do wdrażania efektywnych i praktycznych interfejsów informacji zwrotnej. Oprócz wyników mających bezpośredni wpływ na rynek i pacjentów, partnerzy projektu przygotowali wiele specjalistycznych publikacji, zorganizowali pięć udanych warsztatów i przeszkolili 11 stypendystów, z których trzech uzyska w ciągu najbliższego roku stopień doktorski. Czy przetestowaliście już obydwa urządzenia z udziałem pacjentów? Tak, bowiem projekt opierał się na solidnej walidacji klinicznej. Z tego względu partner kliniczny, szpital San Camillo w Wenecji, został członkiem konsorcjum. Dzięki temu partnerowi badania kliniczne mogły objąć wszystkie systemy opracowywane w ramach projektu. Jakie były do tej pory reakcje potencjalne zainteresowanych podmiotów na rynku? Jak już wspomniałem firma Tyromotion wprowadziła ostatnio na rynek nowe urządzenie robotyczne wyposażone w miosterowanie. Ponadto przedsiębiorstwo Otto Bock HealthCare, lider w branży neurotechnologii, również było członkiem konsorcjum i wyraziło zainteresowanie wspólnymi patentami, a także rozwijaniem produktów na bazie nowego systemu sensorycznej informacji zwrotnej, który opiera się na dorobku MYOSENS. Realizacja projektu zakończyła się w marcu. Czy planujecie dalsze prace z wykorzystaniem wypracowanych wyników? Ostateczne cele już zostały osiągnięte, ale konsorcjum jednogłośnie wyraziło zdecydowane zainteresowanie poszerzeniem prac w ramach kolejnego projektu finansowanego ze środków UE. MYOSENS Dofinansowanie z FP7-PEOPLE. Strona projektu w serwisie CORDIS Witryna projektu MYOSENS
Kraje
Niemcy