Betrakta för ett ögonblick mängden av omedvetna bedömningar och justeringar du gör varje gång din hand sträcker sig efter ett föremål – säg, en lång drink vatten. Ögon, muskler, hjärna och siffror koordinerar med utsökt hastighet och subtilitet för att säkerställa att koppen nås, fattade runt mitten, hålls försiktigt men bestämt, och dras – upprätt och i en takt som inte gör vågor – till din mun.

Föreställ dig nu att du utför den där ständiga uppgiften med en handprotes, eller en störning i flödet av signaler mellan hand och hjärna. Även med de mekaniska medlen att greppa ett glas, att förstå det kommer att kräva konstant visuell tillsyn och en hel del ansträngande beräkningar. Utan all den där taktila feedbacken från dina muskler och siffror, misstag, frustration och en känsla av förlust kommer förmodligen att uppstå.

Med detta i åtanke, forskare från Cleveland Clinics Lerner Research Institute frågade hur, i själva verket, de skulle kunna förbättra användarupplevelsen för amputerade som har en handprotes.

Deras svar var lika enkelt i teorin som det var komplicerat i utförande:Att känna sig i fullare kontroll över ett konstgjort bihang, de hittade, användaren av en lemprotes kan bara behöva lite surr.

Cleveland Clinics Paul Marasco och hans kollegor utvecklade ett robotsystem som med varje rörelse av en konstgjord hand, skulle leverera vibrationer till musklerna i en användares arm som kontrollerade den handen.

Placeringen och intensiteten av dessa vibrationer skapade för amputerade en illusorisk "kinestetisk" känsla av att de rörde sin egen hand. Studieämnen lärde sig inom några minuter att använda den vibrerande feedbacken för att mer skickligt röra sin mekaniska hand, för att bättre känna sin position i rymden, och att dra åt och lossa sitt grepp om föremål vid behov.

I vissa fall, inga ögon behövs. När de väl fick systemet med återkopplingsvibrationer, deltagarna kunde utföra ett brett utbud av handrörelser med ögonbindel.

"Att etablera en känsla av handlingsfrihet för dessa enheter kommer att hjälpa amputerade att känna att de har kontroll över sina konstgjorda lemmar, en nyckelaspekt av användaracceptans, "Marasco och hans kollegor rapporterade onsdagen i tidningen Vetenskap translationell medicin .

Inom en snar framtid, författarna skrev, detta tillvägagångssätt kan inspirera bärbara eller andra återkopplingssystem som kan göra det möjligt för amputerade att guida och kontrollera sina proteser intuitivt, återställer lyxen av omedvetna rörelser.

Att ge användarna en större känsla av att de är initiativtagare till rörelse kommer att bli viktigare när tekniken för proteser utvecklas, skrev författarna. Även om många av dessa konstgjorda lemmar kommer att kunna röra sig oberoende, användare är osannolikt att acceptera dem om de inte känner sig som naturliga förlängningar av deras önskan att flytta.

För att skapa en meny med vibrationer som skulle signalera 22 separata rörelser av handen, forskarna arbetade till stor del med sex deltagare som hade fått en arm amputerad. Alla hade genomgått riktad nervrennervation, en procedur som möjliggör upprättandet av en länk mellan hjärna och maskin genom att omdirigera amputerade nerver till återstående muskler.

Med en handhållen vibrationsenhet, de gav ett lätt surr (mellan 70 och 110 hertz fungerade bäst) till musklerna i delen av överarmen – biceps, triceps, brachialis- och bröstmuskler - som förblev intakta. Använder sin intakta hand på motsatt sida, deltagarna rapporterade vilken komplex rörelse de mest förknippade med surret de kände.

Forskarna arbetade också med arbetsföra frivilliga för att kartlägga det mest effektiva systemet för återkoppling. Vissa av sambanden mellan vibrationer och handrörelser verkade skilja sig lite från person till person. Forskarna fann att vissa vibrationspunkter rutinmässigt framkallade cylindergreppet (eller knytnävens stängning), stativgreppet (där tummen, pekfinger och långfinger går ihop) och den klassiska fina nypa tummen och pekfingret. Kombinationer av återkopplingsvibrationer framkallade några andra manuella rörelser.

"Vi kan faktiskt använda den perceptuella illusionen av rörelse för att ge amputerade en känsla av att deras hand rör sig på mycket komplexa och naturalistiska sätt, sa Marasco.

Även om det först kan hjälpa amputerade som använder proteser, det tillvägagångssätt som hans team använde kan en dag hjälpa patienter vars rörelser har försämrats av stroke, rörelsestörning eller ryggmärgsskada, han sa.

Forskargruppen undersöker redan sätt att utöka dessa tekniker till patienter som har tappat ett ben. Och de arbetar med att paketera systemet till en protes som skulle låta patienter använda systemet på en daglig basis.

Silvestro Micera från BioRobotics Institute i Pisa, Italien, har också lett ett team av forskare som syftar till att återställa den återkopplingsslinga som skulle möjliggöra smidigare rörelser av proteser. Nästa utmaning för lag som hans och Marascos, sa Micera, "kommer att använda denna proprioceptiva feedback under verkliga funktionella greppuppgifter och i kombination med taktil känsla."

©2018 Los Angeles Times
Distribueras av Tribune Content Agency, LLC.