Jašterice sa môžu regenerovať po strate chvosta a kraby po strate nôh, ale v porovnaní s týmito zdanlivo „primitívnymi“ zvieratami ľudia v priebehu evolúcie stratili veľkú časť schopnosti regenerácie. Schopnosť regenerácie končatín u dospelých je takmer nulová, s výnimkou bábätiek, ktoré sa môžu zregenerovať, keď prídu o končeky prstov. Výsledkom je, že kvalita života tých, ktorí prídu o končatiny v dôsledku nehody alebo choroby, môže byť značne ovplyvnená a hľadanie biologickej náhrady bolo pre lekárov dôležitou možnosťou, ako zlepšiť život amputovaných pacientov.
Už v starovekom Egypte boli záznamy o umelých končatinách. V „Znamení štyroch“ od Conana Doyla je tiež popis vraha, ktorý na zabíjanie ľudí používa protetické končatiny.
Takáto protetika však poskytuje jednoduchú podporu, ale je nepravdepodobné, že by výrazne zlepšila životnú skúsenosť osoby po amputácii. Dobrá protetika by mala byť schopná vysielať signály oboma smermi: na jednej strane môže pacient ovládať protetiku autonómne; Na druhej strane, protetická končatina by musela byť schopná vysielať vnemy do senzorickej kôry pacientovho mozgu, rovnako ako prirodzená končatina s nervami, čo im dáva pocit dotyku.
Predchádzajúce štúdie sa zamerali na dekódovanie kódov mozgu, aby umožnili subjektom (opiciam a ľuďom) ovládať robotické ruky pomocou mysle. Ale je tiež dôležité dať protetike zmysel. Zdanlivo jednoduchý proces, akým je uchopenie, zahŕňa komplexnú spätnú väzbu, keď podvedome prispôsobujeme silu prstov podľa toho, ako sa cítia naše ruky, aby sme veci nezošmykli alebo ich príliš silno neprivreli. Predtým sa pacienti s protetickými rukami museli pri určovaní sily predmetov spoliehať na svoje oči. Robiť veci, ktoré môžeme robiť za behu, si vyžaduje veľa pozornosti a energie, no aj tak často veci rozbijú.
V roku 2011 Duke University uskutočnila sériu experimentov na opiciach. Nechali opice používať svoju myseľ na manipuláciu s virtuálnymi robotickými ramenami na uchopenie predmetov z rôznych materiálov. Virtuálne rameno vysielalo do mozgu opice rôzne signály, keď narazila na rôzne materiály. Po tréningu boli opice schopné správne vybrať konkrétny materiál a získať odmenu za jedlo. Nie je to len predbežná demonštrácia možnosti poskytnúť protetike pocit hmatu, ale tiež to naznačuje, že opice môžu integrovať hmatové signály vysielané mozgom protézy so signálmi ovládania motora vysielanými mozgom do protézy, čím poskytujú úplnú rozsah spätnej väzby od dotyku po vnem až po výber ovládacieho ramena na základe vnemu.
Experiment, hoci dobrý, bol čisto neurobiologický a nezahŕňal skutočnú protetickú končatinu. A k tomu musíte spojiť neurobiológiu a elektrotechniku. V januári a februári tohto roku dve univerzity vo Švajčiarsku a Spojených štátoch publikovali nezávisle práce pomocou rovnakej metódy na pripevnenie senzorickej protetiky k experimentálnym pacientom.
Vo februári vedci z Ecole Polytechnique v Lausanne vo Švajčiarsku a ďalšie inštitúcie informovali o svojom výskume v článku publikovanom v Science Translational Medicine. Dali 36-ročnému subjektu Dennisovi Aabovi S? Rensen, s 20 zmyslovými miestami v robotickej ruke, ktoré vytvárajú rôzne vnemy.
Celý proces je komplikovaný. Najprv lekári v rímskej nemocnici Gimili implantovali elektródy do Sorensenových dvoch ramenných nervov, stredného a ulnárneho nervu. Ulnárny nerv ovláda malý prst, zatiaľ čo stredný nerv ovláda ukazovák a palec. Po implantácii elektród lekári umelo stimulovali Sorensenov stredný a lakťový nerv, čím mu dali niečo, čo už dlho necítil: cítil, ako sa jeho chýbajúca ruka hýbe. Čo znamená, že so Sorensenovým nervovým systémom nie je nič zlé.
Vedci z Ecol Polytechnique v Lausanne potom pripojili k robotickej ruke senzory, ktoré mohli vysielať elektrické signály na základe podmienok, ako je tlak. Nakoniec výskumníci spojili robotické rameno so Sorensenovým oddeleným ramenom. Senzory v robotickej ruke nahradia senzorické neuróny v ľudskej ruke a elektródy vložené do nervov nahrádzajú nervy, ktoré môžu prenášať elektrické signály v stratenej ruke.
Po nastavení a odladení zariadenia výskumníci vykonali sériu testov. Aby zabránili ďalšiemu rozptýleniu, zaviazali Sorensenovi oči, zakryli mu uši a nechali ho dotýkať sa iba robotickou rukou. Zistili, že Sorensen dokáže nielen posúdiť tvrdosť a tvar predmetov, ktorých sa dotýkal, ale aj rozlišovať medzi rôznymi materiálmi, ako sú drevené predmety a látky. A čo viac, manipulátor a Sorensenov mozog sú dobre koordinované a reagujú. Takže môže rýchlo upraviť svoju silu, keď niečo zdvihne, a udržať to stabilné. "Prekvapilo ma to, pretože ZRAZU som mohol cítiť niečo, ČO som necítil posledných deväť rokov," povedal Sorensen vo videu, ktoré poskytla Ecole Polytechnique v Lausanne. "Keď som pohol rukou, cítil som, čo robím, namiesto toho, aby som sledoval, čo robím."
Podobná štúdia bola vykonaná na Case Western Reserve University v Spojených štátoch. Ich subjektom bol Igor Spetic (48) z Madisonu v štáte Ohio. O pravú ruku prišiel, keď naňho pri výrobe hliníkových dielov pre prúdové motory spadlo kladivo.
Technika, ktorú používajú výskumníci z Case Western Reserve University, je zhruba rovnaká ako technika používaná na ECOLE Polytechnique v Lausanne, s jedným dôležitým rozdielom. Elektródy používané na Ecole Polytechnique v Lausanne prepichli neuróny v Sorensenovom ramene do axónu; Elektródy na Case Western Reserve University neprenikajú do neurónu, ale obklopujú jeho povrch. Prvý môže produkovať presnejšie signály, čo dáva pacientom komplexnejšie a jemnejšie pocity.
To však predstavuje potenciálne riziká pre elektródy aj neuróny. Niektorí vedci sa obávajú, že invazívne elektródy by mohli spôsobiť chronické vedľajšie účinky na neuróny a že elektródy by boli menej odolné. Výskumníci v oboch inštitúciách sú však presvedčení, že dokážu prekonať slabé stránky svojho prístupu. Spiderdick tiež vytvára pomerne presný pocit oddelenia od brúsneho papiera, vatových guličiek a vlasov. Výskumníci z Ecole Polytechnique v Lausanne však uviedli, že sú si istí odolnosťou a stabilitou svojej invazívnej elektródy, ktorá u potkanov trvala deväť až 12 mesiacov.
Na uvedenie tohto výskumu na trh je však ešte priskoro. Popri odolnosti a bezpečnosti ešte ani zďaleka nestačí pohodlie senzorickej protetiky. Sorenson a Specdick zostali v laboratóriu, kým sa montovali protézy. Ich ruky s množstvom drôtov a pomôcok vôbec nevyzerajú ako bionické končatiny sci-fi. Silvestro Micera, profesor na Ecole Polytechnique v Lausanne, ktorý na štúdii pracoval, povedal, že potrvá niekoľko rokov, kým prvé senzorické protetiky, ktoré vyzerajú rovnako ako normálne, opustia laboratórium.
"Som nadšený, keď vidím, čo robia. Dúfam, že to pomôže ostatným. Viem, že veda trvá dlho. Ak ju teraz nemôžem použiť ja, ale ďalší človek áno, je to skvelé."
Čas odoslania: 14. augusta 2021