Forskare har utvecklat en nästa generations bioniska hand som gör att amputerade kan återfå sin proprioception. Resultaten av studien, som har publicerats i Vetenskapsrobotik , är kulmen på tio års robotforskning.

Nästa generations bioniska hand, utvecklad av forskare från EPFL, Sant'Anna School of Advanced Studies i Pisa och A. Gemelli University Polyclinic i Rom, gör det möjligt för amputerade att återfå en mycket subtil, nära naturlig känsel. Forskarna lyckades reproducera känslan av proprioception, vilket är vår hjärnas förmåga att omedelbart och exakt känna av positionen för våra lemmar under och efter rörelse – även i mörker eller med slutna ögon.

Den nya enheten gör det möjligt för patienter att sträcka ut handen efter ett föremål på ett bord och för att försäkra sig om ett föremåls konsistens, form, läge och storlek utan att behöva titta på det. Protesen har framgångsrikt testats på flera patienter och fungerar genom att stimulera nerverna i den amputerades stubbe. Nerverna kan sedan ge sensorisk feedback till patienterna i realtid – nästan som de gör i en naturlig hand.

Resultaten är resultatet av tio års vetenskaplig forskning koordinerad av Silvestro Micera, en professor i bioteknik vid EPFL'School of Engineering och Sant'Anna School of Advanced Studies, och Paolo Maria Rossini, direktör för neurovetenskap vid A. Gemelli University Polyclinic i Rom.

Sensorisk feedback

Nuvarande myoelektriska proteser tillåter amputerade att återfå frivillig motorisk kontroll över sin konstgjorda lem genom att utnyttja kvarvarande muskelfunktion i underarmen. Dock, avsaknaden av sensorisk feedback gör att patienter måste förlita sig mycket på visuella signaler. Detta kan hindra dem från att känna att deras konstgjorda lem är en del av deras kropp och göra den mer onaturlig att använda.

Nyligen, ett antal forskargrupper har lyckats ge taktil feedback till amputerade, leder till förbättrad funktion och protesutförande. Men den här senaste studien har tagit saker ett steg längre.

"Vår studie visar att sensorisk substitution baserad på intraneural stimulering kan leverera både positionsfeedback och taktil feedback samtidigt och i realtid, " förklarar Micera. "Hjärnan har inga problem med att kombinera denna information, och patienter kan behandla båda typerna i realtid med utmärkta resultat."

Intraneural stimulering återupprättar flödet av extern information med hjälp av elektriska pulser som skickas av elektroder som sätts in direkt i den amputerades stubbe. Patienterna måste sedan genomgå träning för att gradvis lära sig hur man översätter dessa pulser till proprioceptiva och taktila förnimmelser.

Denna teknik gjorde det möjligt för två amputerade att återfå hög proprioceptiv skärpa, med resultat som är jämförbara med de som erhölls hos friska försökspersoner. Den samtidiga leveransen av positionsinformation och taktil återkoppling gjorde det möjligt för de två amputerade att bestämma storleken och formen på fyra föremål med en hög noggrannhetsnivå (75,5%).

"Dessa resultat visar att amputerade effektivt kan bearbeta taktil och positionsinformation som tas emot samtidigt via intraneural stimulering, " säger Edoardo D'Anna, EPFL-forskare och huvudförfattare till studien.