Postępy w zastosowaniu protez nieantropomorficznych
Nasze dłonie są niesamowitym tworem natury. Za sprawą niezwykłej zręczności pozwalają nam manipulować przedmiotami i zmieniać nasze otoczenie. Pełnią też podstawową rolę w interakcjach społecznych. Jednak nowe badanie przeprowadzone w ramach finansowanego przez UE projektu HANDmade sugeruje, że poza tymi zewnętrznymi rolami nasze dłonie kształtują również wewnętrzną i wywołaną zadaniami aktywność mózgu. „Projekt ten miał na celu wykazanie, że wewnętrzny mózg reprezentuje i utrzymuje wewnętrzny model ciała, w tym typowe ruchy wykonywane dłońmi”, mówi Viviana Betti, profesor nadzwyczajny psychobiologii i psychologii fizjologicznej na Uniwersytecie Sapienza w Rzymie i główna badaczka projektu.
Jak mózg zapamiętuje dłoń
Korzystając z neuroobrazowania, zespół projektu, który otrzymał wsparcie ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN), przetestował hipotezę, zgodnie z którą wewnętrzna aktywność mózgu (tj. w spoczynku, bez zadań poznawczych, motorycznych lub sensorycznych) utrzymuje wewnętrzny model dłoni i jej użycia. Na przykład w jednym z eksperymentów naukowcy wykazali, że uczestnicy o różnych poziomach zręczności manualnej wykazują przeciwne wzorce funkcjonalnej łączności mózgu, gdy przechodzą od spoczynku do zadania motorycznego. „To pokazuje, jak długoterminowe umiejętności motoryczne i zręczność manualna wpływają na sposób, w jaki układ motoryczny reaguje podczas ruchu”, wyjaśnia Betti. Takie odkrycia pozwalają nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób wewnętrzne połączenia mózgowe utrzymują odpowiednie zachowanie i rozwijają neuronalne biomarkery zachowania patologicznego. Otwierają też drogę do wykorzystania protez nieantropomorficznych pozwalających na interakcję z otoczeniem.
Osoby po amputacji kończyny górnej korzystają z wirtualnego narzędzia naśladującego funkcję ręki
W drugiej fazie projektu naukowcy zbadali, czy nasze zachowanie jest podatne na zmiany w odpowiedzi na manipulowanie ciałem – i co to może oznaczać dla osób po amputacji kończyny górnej. Naukowcy zbudowali innowacyjną platformę wirtualnej rzeczywistości, która wykorzystuje sygnały elektromiograficzne do klasyfikacji aktywności mięśni. Platformę wykorzystano w badaniu, w którym osoby po amputacji kończyny górnej i uczestnicy z grupy kontrolnej przeszli czterotygodniowy trening motoryczny przy użyciu wirtualnej dłoni lub wirtualnego narzędzia bionicznego. Wyniki tego badania nie zostały jeszcze opublikowane, ale naukowcy ustalili ostatnio, że użycie wirtualnego narzędzia bezpośrednio przeszczepionego do ramienia uczestnika skutkowało jeszcze lepszymi wynikami w testach motorycznych niż w przypadku użycia wirtualnej dłoni. „Oznacza to, ż wcielenie może być nawet większe w przypadku efektorów, które wizualnie znacznie różnią się od dłoni, o ile urządzenie naśladuje funkcję dłoni”, zauważa Betti.
Nowe osiągnięcia w dziedzinie technologii ubieralnej i zaawansowanej protetyki
Betti twierdzi, że projekt HANDmade utorował drogę do nowych osiągnięć w dziedzinie technologii ubieralnych, w tym zaawansowanej protetyki. „Nasze badania pokazują, że obecne rozwiązania protetyczne, które koncentrują się na naśladowaniu wyglądu utraconej kończyny, nie zawsze są przydatne dla pacjentów pod względem funkcjonalnym”, dodaje. W tym sensie projekt HANDmade zapoczątkowuje zmianę paradygmatu, która ostatecznie doprowadzi do zastąpienia tradycyjnych protez dłoni nieantropomorficznymi robotycznymi efektorami końcowymi. W związku z tym badacze skupieni wokół projektu skupiają się aktualnie na skomplikowanych mechanizmach plastyczności mózgu, szczególnie w odniesieniu do głębokich zmian w interakcji między ciałem i otoczeniem obserwowanych w przypadku kończyn dodatkowych, neuroprotetyce i różnych schorzeniach neurologicznych. „Wykorzystując wnioski zebrane w ramach tego projektu, chcemy dokładniej poznać reorganizację neuronalną i przyspieszyć stosowanie transformacyjnych interwencji i terapii w dziedzinie neurorehabilitacji i technologii wspomagających”, stwierdza na koniec Betti.
Słowa kluczowe
HANDmade, protezy, aktywność mózgu, osoby po amputacji kończyn górnych, protezy, zdolności motoryczne, technologia ubieralna