Yeni Araştırma Protez Bacakların Doğal Uzuvlar Gibi Çalışmasına Yardımcı Olabilir

Chalmers Teknoloji Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni protez bacak teknolojisi sayesinde bilim insanları ilk kez diz üstü ampütasyonlu bireylerin mevcut sinirlerinden ayrıntılı bacak hareketlerini başarıyla çözdü.

İmplante edilebilir nöroteknolojiyi ve sinir sisteminin kendi "dilini" yorumlayan bir yapay zeka yöntemini kullanan ekip, ayak parmaklarını kıpırdatma niyeti gibi küçük hareketlerle bağlantılı sinyalleri okuyabildi. Bu yeni yetenek, daha çok doğal uzuvlara benzeyen ve hareket eden protezlerin geliştirilmesinde ileriye doğru atılmış büyük bir adımı temsil ediyor.

Protezler uzun zamandır faydalı olsa da günlük kullanımda zorluklar da ortaya çıkardılar. Bu yeni gelişmeler kullanıcıların işlevsel bağımsızlığını önemli ölçüde artırabilir. Geçmişte kol ve el protezleri, hâlâ beyin sinyallerine yanıt veren kalan kaslara dayanıyordu. Ancak bu yaklaşım, kasların artık mevcut olamayabileceği majör amputasyon vakalarında sınırlıdır. Bacak protezleri için kontrol, doğrudan kullanıcı girişi olmadan yürüme düzenlerini otomatik olarak ayarlamak için sensörler kullanılarak genellikle mekanik olmuştur.

Yayınlandığı yer Doğa İletişimiAraştırmacılar, protez bacakların daha sezgisel kontrolünü sağlamak için artık sinir sinyallerinin nasıl kullanılabileceğini incelediler.

Chalmers'ta yardımcı doçent ve çalışmanın kıdemli yazarı Giacomo Valle şöyle açıklıyor: "Vücudunuza hareket etmesini söylediğinizde, sinyaller sinirler yoluyla hareketi gerçekleştiren kaslara gidiyor; uzuv artık orada olmasa bile." "En büyük zorluk bu bilgiyi çıkarmak ve arkasındaki sinir kodunu anlamaktır ve bu bizim çalışmamızın odak noktasıydı."

Ancak sinir sinyallerini yakalamak kolay değil. Önceki araştırmalar üst ekstremite protezlerine odaklanmışken alt ekstremite amputasyonları beklenenden daha yaygındı.

Valle, "Bir implant, kalan kaslar yerine doğrudan geri kalan sinirlere bağlanabiliyorsa, uzuvlarınızı hareket ettirmek için kullanılan doğal sinyallerin tamamen aynısını kullanabilirsiniz. Bu, doğal kontrole, duyusal geri bildirime ve benzeri görülmemiş bir çözünürlüğe sahip protezler oluşturma potansiyelini büyük ölçüde artırır" diye ekliyor Valle.

Chalmers ekibi esnek, ultra ince bir sinir implantını Spiking Sinir Ağlarını (SNN'ler) temel alan bir yapay zeka algoritmasıyla birleştirerek bu sorunun üstesinden geldi. Daha önceki yapay zeka türlerinden farklı olarak SNN'ler, biyolojik nöronlar tarafından kullanılan ve "sivri uçlar" olarak da bilinen elektriksel uyarıları işliyor ve bu da onları sinir aktivitesini yorumlamada özellikle etkili kılıyor.

Sistem diz üstü amputasyonu olan iki kişi üzerinde test edildi. Araştırmacılar, bacak hareketi ve hissinden sorumlu olan önemli bir sinire dört adet son derece ince tel yerleştirdiler.

Bacakları artık mevcut olmasa da, onu hareket ettirme girişimleri yine de sinirsel sinyaller üretiyordu. Sistem, bu sinyalleri benzeri görülmemiş bir hassasiyetle yorumlayabildi ve amaçlanan hareketleri önceki yöntemlere göre daha doğru bir şekilde tanımladı.

"Bu, ampute kişilerde amaçlanan bacak hareketlerini doğru bir şekilde yorumlamak için doğrudan periferik sinirlerden kaydedilen sinyallerin kullanılabileceğini gösteren ilk çalışmadır." Valle dedi. Teknoloji dizlerin, ayak bileklerinin ve hatta ayak parmaklarının belirli hareketlerini ayırt etme yeteneğine sahipti.

Zürih Üniversitesi ve ETH Zürih profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı Elisa Donati, "Çalışmamız, periferik sinir aktivitesinin kodunun çözülmesinin, sinir sisteminin diline saygı duyulduğunda en iyi sonucu verdiğini gösteriyor" dedi. "Periferik sinirler, ayrı elektriksel uyarılar veya sivri uçlar yoluyla iletişim kurar ve bu nedenle sivri sinir ağları, bu tür sinyalleri işlemek için doğal olarak uygundur."

Donati, "Hesaplamalı modellerimizi biyolojiye daha yakın bir şekilde hizalayarak, kompakt modeller ve nispeten sınırlı veriler kullanarak hareket amacını verimli bir şekilde çıkarabiliyoruz" diye ekledi. "Bu, protez uzuvların daha doğal kontrolü için düşük güçlü, tamamen implante edilebilir sistemlere doğru önemli bir adımdır."

Çalışma konseptin bir kanıtı olarak dursa da, nihai amaç bu yeni bulguları işlevsel bir protez bacağa entegre etmektir.

Chrissy Newton bir halkla ilişkiler uzmanı ve VOCAB Communications'ın kurucusudur. Şu anda The Discovery Channel ve Max'te yer alıyor ve sunuculuk yapıyor. Asi Meraklı podcast, üzerinde bulunabilir YouTube ve tüm sesli podcast yayın platformlarında. Onu X'te takip edin: @ChrissyNewton, Instagram'da: @BeingChrissyNewtonVe chrissynewton.com. Bir hikaye ile Chrissy ile iletişime geçmek için lütfen chrissy @ thedebrief.org adresine e-posta gönderin.