Während des Gehens, Menschen mit intakten Beinen fühlen, wenn Sie bewegen Sie Ihr Knie, oder wenn Ihre Füße den Boden berühren. Das Nervensystem ständig zieht auf sensorische feedback von dieser Art, die eine präzise Steuerung der Muskeln. Menschen mit einer Beinprothese, jedoch nicht genau wissen, wo sich die Prothese befindet, wie es in Bewegung ist, oder welche Art von Gelände es steht. Oft können Sie nicht Vertrauen Ihre vor-Arbeit ganz beim gehen, dazu führen, dass diese verlassen sich zu oft auf Ihren intakten Bein, das wiederum verringert deren Mobilität und führt dazu, dass Sie schneller ermüden. Ein einfacher Spaziergang auf Kies oder sand, zum Beispiel, kann sich als sehr anstrengend für Menschen mit einer Prothese. Darüber hinaus haben Menschen mit Amputationen erleben können Phantomschmerzen, eine Bedingung, die bestehende Medikamente oft nicht behandeln. Savo Panik, wer Erfahrungen mit diesem Phänomen, sagt er wacht in der Nacht wegen der Schmerzen: „Der Zehe, mir nicht weh tut. Meine großen Zehen, Fuß, Ferse, Knöchel, Wade-Sie alle verletzt, und ich weiß nicht einmal Sie.“
Ein internationales team von Forschern unter der Leitung der ETH Zürich und Lausanne ansässigen start-up-Unternehmen Sen-sArs hat jetzt eine Schnittstelle zum Anschluss einer Bein-Prothese mit den restlichen Nerven in Gegenwart des Benutzers Bein, wodurch das sensorische feedback. In einer Studie, die in Zusammenarbeit mit der Universität von Belgrad, die Wissenschaftler testeten dieses neurofeedback-system mit zwei freiwillige, die ein über-Knie-Bein-amputation, und verwenden Sie eine Bein-Prothese (eine von denen ist Panik).
Die Lösung profitiert der amputierte in einer Vielzahl von Möglichkeiten, wie die Forscher berichteten in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature Medicine. „Diese proof-of-concept-Studie zeigt, wie wohltuend es ist, die Gesundheit der beinamputierte eine Prothese, die mit neuronalen Implantaten zur Wiederherstellung sensorische feed-back“, sagt Stanisa Raspopovic, Professor am Institut für Robotik und Intelligente Systeme an der ETH Zürich.
Die Umwandlung künstliche Signale in natürlichen
Zu versorgen das Nervensystem mit den sensorischen Informationen, die Wissenschaftler begannen mit einem handelsüblichen high-tech-Prothese: Sie angebrachten taktilen sensoren an der Sohle des prothesenfußes und sammelten die Daten, die auf Knie-Bewegung von der Prothese elektronischen Kniegelenk.
Für die drei Monate, die das experiment dauerte, Chirurgen platziert winzige Elektroden in jeder freiwillige Oberschenkel und Verband Sie, um die restliche Bein Nerven. „Das Ziel der Operation war die Einführung von Elektroden an den richtigen stellen innerhalb der Nerven zu ermöglichen, die Wiederherstellung der lebensechte Rückmeldung, und damit die Stabilität der Elektroden“, sagte Marko Bumbasirevic, Professor und Orthopädie Mikrochirurgie im Klinischen Zentrum Serbiens in Belgrad, der Arzt verantwortlich für die Elektroden-Implantat. Die Elektroden wurden entwickelt von Wissenschaftlern der Universität Freiburg, und die Profis-these kam von der prothetischen Unternehmen Össur; beide waren aktiv in das Projekt eingebunden.
Die Forschung entwickelte das team algorithmen zu übersetzen, die Informationen von Tast-und Bewegungs-sensoren in die Impulse des Strom-die Sprache des Nervensystems — die waren geliefert, um den Rest zu Nerven. Dann die Natur erledigt den rest: die Signale, die von den übrigen Nerven vermittelt werden, um die person, die Gehirn, das damit in der Lage, Sinn der Prothese und hilft dem Benutzer, passen Sie Ihre Gehweise entsprechend anpassen. Die Maschine und der Körper sind endlich verbunden.
Weniger Aufwand beim gehen
Als Teil der Studie, die freiwillige unterzog sich einer Reihe von tests — abwechselnd Studien mit und ohne neurofeedback. Die Ergebnisse machten es sehr deutlich, wie vorteilhaft das feedback war: zu Fuß, mit neurofeedback war körperlich weniger anspruchsvoll, wie gezeigt, durch die signifikante Reduktion der Freiwilligen Sauerstoff-Verbrauch während des Gehens.
Auch geistig, Gehfähigkeit mit neurofeedback war weniger anstrengend, als zeigten die Forscher mit der Aktivität des Gehirns Messungen während der versuche. Die Freiwilligen haben nicht konzentrieren, so hart auf Ihren Gang, was bedeutete, dass Sie in der Lage waren, sich mehr von Ihrer Aufmerksamkeit auf andere Aufgaben.
In einer schweren Prüfung, die Helfer mussten zu Fuß über sand, und immer wieder das feedback, die es Ihnen ermöglichte, zu Fuß erheblich schneller. In Umfragen, die Freiwilligen erklärt, dass das neurofeedback stark erhöht Ihr Vertrauen in die Prothese.
Verringert Phantomschmerz
Die Schnittstelle mit dem Nervensystem können auch verwendet werden, um zu stimulieren die Nerven, die unabhängig von der Prothese. Bevor Sie mit der Testversion, beide freiwillige beschwerten sich von Phantomschmerzen. Die im Laufe einer ein-Monats-Therapie-Programm mit neurostimulation, die Wissenschaftler es geschafft, erheblich zu reduzieren, diese Schmerzen in einer der Freiwilligen; in der anderen, die Panik, der Schmerz verschwand völlig. „Da habe ich begonnen, diese Behandlung Programm, nachdem Sie empfangen elektrische Reize, ich fühle mich nicht jeder phantom-Schmerzen“, sagt er.
Die Forscher sehen diese Ergebnisse optimistisch. Sie weisen aber darauf hin, die Notwendigkeit für eine längere Untersuchung mit in-home-Bewertungen und eine größere Anzahl von Freiwilligen, um aussagekräftigere Daten liefern, die Sie zeichnen können mehr signifikante Schlussfolgerungen. Für die zeitlich begrenzte klinischen Studie, um die Signale von der Prothese gesendet wurden entlang der Kabel durch die Haut an die Elektroden in die Beine. Dies bedeutete, dass die Probanden Unterziehen sich regelmäßigen medizinischen Untersuchungen. Um diese zu beseitigen, müssen die Wissenschaftler beabsichtigen, die Entwicklung eines voll implantierbaren Systems. „Bei SensArs, planen wir die Entwicklung eines drahtlosen neurostimulation Gerät, das vollständig implantiert, der patient wie ein pace-maker, und das kann auf den Markt gebracht,“ sagt Francesco Petrini, Geschäftsführer des SensArs.