این پای مصنوعی پیشرفته جایزه Neuromodulation را دریافت کرده است

در سال ۲۰۲۱ جایزه Science &PINS Prize for Neuromodulation به پروفسور Stanisa Raspopovic تعلق گرفت. وی نوآوری‌های بسیاری در فناوری اعصاب ایجاد کرد که نتیجه آن نوع جدیدی از پای مصنوعی بود.این فناوری برای افرادی که عضوی از بدن خود را از دست داده‌اند امید تازه‌ای ایجاد کرده است. این جایزه به یک مقاله ۱۵۰۰ لغتی تعلق گرفت که پژوهش‌های انتشار یافته در طی سه سال را توصیف می‌کند. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

پای مصنوعی

جای خالی پژوهش پیشرفته در مورد پای مصنوعی

یکی از واقعیت‌های شگفت‌انگیز در مورد پروتز‌های عصبی این است که بخش اعظم پژوهش‌های این حوزه روی بازوی رباتیک متمرکز است. درحالیکه از هر پنج نقص عضو در بدن در واقع چهار تای آن مربوط به پا است. به عقیده Raspopovic این تمرکز روی دست رباتیک به علت علاقه وافر انسان به دست است. گسترش بیمار‌هایی مانند دیابت نیز سبب می‌شود که نقص عضو در پایین تنه خیلی بیشتر از بالاتنه باشد.

برای افرادی که نقص عضو بالاتنه را متحمل می‌شوند راه‌حل‌های کلینیکی متنوع‌تری نیز وجود دارد. آنان با بخش سالم دست یا با استفاده از یک دست ثابت تقریبا می‌توانند بخشی از کارهای روزانه را انجام دهند. به عقیده Paspopovic افرادی که نقص عضوی در پایین تنه دارند به یک پروتز پویا و فعال برای جبران تحرک از دست رفته نیاز دارند.

تصویری از یک پای مصنوعی در اینجا نشان داده شده است. در این پای مصنوعی حس کاربر از پای مصنوعی به عنوان بخشی از بدن بهبود یافته است. این پروتز پا توسط Raspopovic طراحی شده است.

پای مصنوعی طراحی شده توسط Raspopovic

روش نوین Raspopovic برای اتصال پا به بدن

Raspopovic توضیح داده است که پیشرفت‌های چشمگیر پیشین در بخش اعضای رباتیک به واسطه تغییر در چگونگی اتصال عضو رباتیک به مغز بوده است. اما گروه وی سعی کردند یک عضو مصنوعی را با روش‌های جدید به اعصاب باقی‌مانده در پا متصل کنند. به عقیده آنان خواسته اصلی بیماران نیز همین است. بیماران خواهان دستگاهی نیستند که نیازمند تعلیم برای حرکت باشد بلکه خواهان استفاده از یک عضو مصنوعی به اشکال جدید و پیش‌بینی نشده می‌باشند.

این گروه طرحی نوین برای ساختار پروتزهای عصبی ارائه کردند که در مقاله پژوهشی آن توصیف شده است. آنان پژوهش خود را با نگاه کردن به یک پای سالم آغاز کردند، نه پایی که به علتی تاسف‌بار بخشی از آن از دست رفته است. این گروه به دقت به اتصالات مغز و اعصاب پیرامونی نگاه کردند. به این شکل توانستند نقشه‌ای از اعصاب مهم که در راه رفتن را بکشند. سپس با کمک این نقشه و به دقت الکترودهایی برای کاشت در پروتز‌های خود طراحی کردندکه بخش‌های مناسبی از سیستم عصبی را تحریک می‌کرد. به این شکل این گروه نوعی حس لامسه و فشار مصنوعی از پروتز برای کاربر ساختند. این حس جدید در واقع یک تقلید از حسی است که افراد از پای خود دارند.

یک زبان عصبی برای گفت و گو با مغز بوسیله پروتز پا

Raspopovic این فرآیند را این طور توصیف می‌کند: « ما موفق به ساخت یک زبان عصبی شدیم که برای سخن گفتن با سیستم عصبی مناسب است. چنین چیزی در واقع باید یک دهه مطالعه شود.»

این پای حس کننده جدید در واقع واسطه‌ای برای اتصال پای مصنوعی و اعصاب باقی‌مانده در پا به سیستم عصبی پیرامونی است. یک دستگاه کنترل کننده بی‌سیم خارجی نیز سیگنال‌های فشار که در پروتز تولید شده است را دریافت می‌کند. سپس بر اساس آن اعصاب مناسب در پا را تحریک می‌کند.

یک مکث کوتاه  که توسط کاربر حس نمی‌شود، این پای مصنوعی را قادر می‌سازد که حس لامسه را به صورت مناسب برای کاربر بازسازی نماید. پژوهش‌ها نشان می‌دهدکه اتصال ایجاد شده با اعصاب بدن به این روش به قدری مطمئن است که با حرکت پا توسط کاربر، وی قادر خواهد بود نقطه‌ای که پای مصنوعی را آن لمس شده است را به دقت تعیین کند. همچنین قابلیت‌های کاربران برای پیمودن مسیرهای سخت نیز با این روش بهبود یافته است.

کاهش خطر حمله قلبی

این سامانه فواید دیگری به جز افزایش تحرک نیز دارد. افرادی که عضوی از بدن را از دست داده‌اند به صورت معمول مشکلاتی دارند که در نگاه اول به نظر ما نمی‌آیند. خطر حمله قلبی در این افراد به علت افزایش نرخ سوخت و ساز هنگام راه رفتن بیشتر می‌شود. در واقع ویژگی‌های زیستی بدن این افراد هنگام حرکت نامنظم و تصادفی است. به گفته Raspopovic این امر را می‌توان با مقایسه خستگی افراد پس از پیمودن پله دریافت. افرادیکه پای خود را از دست داده‌اند در مقایسه با افرادی که دوپا دارند پس از بالا رفتن از پله خسته‌تر هستند. اگر بتوان حس معمولی پا را به پای مصنوعی آنان انتقال داد این افراد قادر به حرکت دادن بدن خود به شکل بهینه‌تر و کاهش نرخ سوخت و ساز بدن هستند. پای مصنوعی Raspopovic چنین کاری انجام می‌دهد.

کاهش درد فانتوم

یکی دیگر از مشکلات معلولین درد بی‌گانه و غیرقابل درک عضو فانتوم است(PLP). در واقع فرد ناراحتی و درد را در پایی حس می‌کند که دیگر به بدن وصل نیست. الکترودهای این پای مصنوعی جدید می‌تواند روی حالتی با نام Neuro-pacemaker modality قرار گیرند. در این حالت سیگنال‌های خاصی به اعصاب باقی مانده در پا منتقل می‌شود که درد فانتوم را به صورت موفقیت آمیز کاهش داده است. هر چه این سیگنال‌ها به سیگنال‌های عصبی بدن نزدیک‌تر باشند و طبیعی‌تر باشند این سامانه در مدلسازی اعصاب پیرامونی بدن و اعصاب مرکزی توانمند است. به این شکل Raspopovic امیدوار است به جای روشی برای کاهش درد یک به یک درمان دست یافته باشد.

وزن پای مصنوعی نباید آزار دهنده باشد

اما مهم‌ترین فایده این سامانه به دید کاربران به این پای مصنوعی بازمی‌گردد. آنان این پای مصنوعی را به عنوان عضوی از بدن قبول می‌کنند. در پروتزهای سنتی با وجود سبک بودن پروتز(وزنی کمتر از وزن پای اصلی) کاربران پروتز خود را سنگین توصیف می‌کنند. افزایش بار شناختی هنگام استفاده از پروتزهای سنتی نشان می‌دهدکه چگونه سیستم عصبی برای به کارگیری اجزای زیستی-حرکتی با سختی روبه‌رو است. اما کاربران پای مصنوعی طراحی شده توسط Raspopovic بار شناختی کمتری را احساس می‌کنند و به همین دلیل وزن پای مصنوعی آنان را کمتر آزار می‌دهد.

هرچند پژوهش Raspopovic و گروهش روی فواید اجتماعی استفاده از یک سامانه مصنوعی پس از بازیابی حرکت،‌کاهش درد و بار سیستم قلبی-عروقی متمرکز است، بزرگ‌ترین انگیزه وی امیدی است که بیماران دریافت می‌کنند. یک نظرسنجی نشان داد که بیمارانی که از سامانه پروتز Raspopovic استفاده کرده‌اند درصد رضایت بالایی دارند. آنان امیدوارند که این پروتز به زودی آماده استفاده شود.

Raspopovic به دنبال کسب بودجه برای مطالعات خود می‌باشد. وی بیان کرد که اگر شغل وی باعث کمک کردن به کسی شود، در طول زندگی خود کاری به جز پرداختن به این شغل نخواهد داشت.


کنترل حرکات و حس لامسه بازوی رباتیکی توسط مغز
کنترل بازوهای رباتیک بر اساس واقعیت افزوده و رابط مغز و رایانه
کنترل پروتز با فناوری موسسه ملی اختلالات عصبی


منبع: technologynetworks

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *