Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Lần đầu tiên, những người bị cắt cụt cánh tay có thể trải nghiệm cảm giác chạm vào chân giả điều khiển bằng tâm trí mà họ sử dụng trong cuộc sống hàng ngày. Một nghiên cứu báo cáo về ba bệnh nhân Thụy Điển đã sống trong nhiều năm với công nghệ mới này – một trong những giao diện tích hợp nhất trên thế giới giữa con người và máy móc.
Lần đầu tiên, những người bị cắt cụt cánh tay có thể trải nghiệm cảm giác chạm vào chân giả điều khiển bằng tâm trí mà họ sử dụng trong cuộc sống hàng ngày. Một nghiên cứu trên Tạp chí Y học New England báo cáo về ba bệnh nhân Thụy Điển đã sống trong nhiều năm với công nghệ mới này – một trong những giao diện tích hợp nhất trên thế giới giữa người và máy.
Sự tiến bộ là duy nhất: các bệnh nhân đã sử dụng một bộ phận giả kiểm soát tâm trí trong cuộc sống hàng ngày của họ lên đến bảy năm. Trong vài năm qua, họ cũng đã sống với một chức năng mới – cảm giác chạm vào bàn tay giả. Đây là một khái niệm mới cho các chi nhân tạo được gọi là chân giả thần kinh – vì chúng được kết nối với các dây thần kinh, cơ bắp và bộ xương của người dùng.
Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Max Ortiz Catalan, Phó giáo sư tại Đại học Công nghệ Chalmers phối hợp với Bệnh viện Đại học Sahlgrenska, Đại học Gothenburg và Integrum AB, tất cả ở Gothenburg, Thụy Điển. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Y Vienna ở Áo và Viện Công nghệ Massachusetts ở Hoa Kỳ cũng tham gia.
Max Ortiz Catalan chia sẻ: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy một bàn tay giả gắn vào xương và được điều khiển bởi các điện cực được cấy vào dây thần kinh và cơ bắp có thể hoạt động chính xác hơn nhiều so với bàn tay giả thông thường. Chúng tôi đã cải thiện việc sử dụng bộ phận giả bằng cách tích hợp phản hồi cảm giác xúc giác mà bệnh nhân sử dụng Theo thời gian, khả năng của bệnh nhân nhận ra những thay đổi nhỏ hơn về cường độ của cảm giác đã được cải thiện “.
Đóng góp quan trọng nhất của nghiên cứu này là chứng minh rằng loại chân giả mới này là sự thay thế khả thi về mặt lâm sàng cho một cánh tay bị mất. Dù giao diện thần kinh có trở nên tinh vi đến đâu thì nó cũng chỉ có thể mang lại lợi ích thực sự cho bệnh nhân nếu kết nối giữa bệnh nhân và chân giả là an toàn và đáng tin cậy trong thời gian dài. Kết quả của các nhà nghiên cứu là sản phẩm của nhiều năm làm việc, và bây giờ cuối cùng họ có thể đưa ra bộ phận giả cánh tay bionic đầu tiên có thể được kiểm soát một cách đáng tin cậy bằng cách sử dụng điện cực cấy ghép, đồng thời truyền đạt cảm giác cho người dùng trong cuộc sống hàng ngày.
Kể từ khi nhận được bộ phận giả, bệnh nhân đã sử dụng chúng hàng ngày trong tất cả các hoạt động nghề nghiệp và cá nhân.
Khái niệm mới về phục hình thần kinh cơ xương là duy nhất ở chỗ nó cung cấp một số tính năng khác nhau chưa được trình bày cùng với bất kỳ công nghệ phục hình nào khác trên thế giới:
Phần mới nhất của công nghệ, cảm giác của cảm ứng, có thể thông qua kích thích các dây thần kinh đã từng được kết nối với bàn tay sinh học trước khi cắt cụt. Các cảm biến lực nằm trong ngón tay cái của tiếp xúc đo chân giả và áp lực tác dụng lên một vật trong khi nắm. Thông tin này được truyền đến các dây thần kinh của bệnh nhân dẫn đến não của họ. Do đó, bệnh nhân có thể cảm thấy khi họ chạm vào một vật thể, đặc điểm của nó và mức độ ấn mạnh của chúng, điều này rất quan trọng để bắt chước bàn tay sinh học.
Hiện tại, các cảm biến không phải là trở ngại cho việc khôi phục cảm giác. Thách thức là tạo ra các giao diện thần kinh có thể truyền liền mạch một lượng lớn thông tin được thu thập nhân tạo đến hệ thần kinh, theo cách mà người dùng có thể trải nghiệm cảm giác một cách tự nhiên và dễ dàng.
Việc cấy ghép công nghệ mới này diễn ra tại Bệnh viện Đại học Sahlgrenska, dẫn đầu là Giáo sư Rickard Brånemark và Bác sĩ Paolo Sassu. Hơn một triệu người trên toàn thế giới bị mất chân tay và mục tiêu cuối cùng của nhóm nghiên cứu, hợp tác với Integrum AB, là phát triển một sản phẩm có sẵn rộng rãi phù hợp với càng nhiều người trong số họ càng tốt.
Ngay bây giờ, các bệnh nhân ở Thụy Điển đang tham gia xác nhận lâm sàng công nghệ phục hình mới này để cắt cụt cánh tay. Nhóm của Max Ortiz Catalan hy vọng hệ thống này sẽ xuất hiện bên ngoài Thụy Điển trong một vài năm tới và nhóm cũng đang đạt được tiến bộ đáng kể với công nghệ tương tự cho chân giả, họ dự định sẽ cấy ghép cho một bệnh nhân đầu tiên vào cuối năm nay.
Thông tin thêm về: Công nghệ hoạt động như thế nào
Hệ thống cấy ghép cho bộ phận giả của cánh tay được gọi là e-OPRA và dựa trên hệ thống cấy ghép OPRA được tạo bởi Integrum AB. Hệ thống cấy ghép neo chân giả vào bộ xương trong gốc của chi bị cắt cụt, thông qua một quá trình gọi là osseointegration (osseo = bone). Các điện cực được cấy vào các cơ và dây thần kinh bên trong gốc bị cắt cụt và hệ thống e-OPRA gửi tín hiệu theo cả hai hướng giữa chân giả và não, giống như trong một cánh tay sinh học.
Bộ phận giả được điều khiển bằng tâm trí thông qua các tín hiệu cơ và dây thần kinh được gửi qua gốc cây cánh tay và được bắt bởi các điện cực. Các tín hiệu được truyền vào trong mô cấy, đi qua da và kết nối với chân giả. Các tín hiệu sau đó được giải thích bởi một hệ thống điều khiển nhúng được phát triển bởi các nhà nghiên cứu. Hệ thống điều khiển đủ nhỏ để lắp bên trong chân giả và nó xử lý các tín hiệu bằng thuật toán trí tuệ nhân tạo tinh vi, dẫn đến tín hiệu điều khiển cho chuyển động của tay giả.
Các cảm giác chạm phát sinh từ các cảm biến lực trong ngón tay cái giả. Các tín hiệu từ các cảm biến được chuyển đổi bởi hệ thống điều khiển trong bộ phận giả thành tín hiệu điện được gửi để kích thích dây thần kinh ở gốc cánh tay. Dây thần kinh dẫn đến não, sau đó cảm nhận được mức độ áp lực đối với bàn tay.
Cấy ghép thần kinh cơ có thể kết nối với bất kỳ bộ phận giả cánh tay có sẵn trên thị trường, cho phép chúng hoạt động hiệu quả hơn.
Thông tin thêm về: Cảm giác nhân tạo được trải nghiệm như thế nào
Những người bị mất một cánh tay hoặc chân thường trải qua cảm giác ‘ma ám’, như thể phần cơ thể bị mất vẫn còn mặc dù không có mặt vật lý. Khi các cảm biến lực trong ngón tay cái giả phản ứng, các bệnh nhân trong nghiên cứu cảm thấy rằng cảm giác đến từ bàn tay ma của họ. Chính xác nơi mà trên bàn tay ảo thay đổi giữa các bệnh nhân, tùy thuộc vào dây thần kinh nào trong gốc cây nhận được tín hiệu. Mức áp suất thấp nhất có thể được so sánh với việc chạm vào da bằng đầu bút chì. Khi áp lực tăng lên, cảm giác trở nên mạnh mẽ hơn và ngày càng ‘điện’.
Thông tin thêm về: Nghiên cứu
Nghiên cứu hiện tại đã xử lý các bệnh nhân bị cắt cụt khuỷu tay và công nghệ này gần như trở thành một sản phẩm hoàn chỉnh. Nhóm nghiên cứu đang làm việc song song với một hệ thống mới để cắt cụt dưới khuỷu tay. Trong những trường hợp đó, thay vì một xương lớn (humerus), có hai xương nhỏ hơn (bán kính và ulna) mà implant cần được neo. Nhóm cũng đang nghiên cứu điều chỉnh hệ thống cho chân giả.
Ngoài các ứng dụng trong bộ phận giả, giao diện vĩnh viễn giữa con người và máy móc cung cấp những cơ hội hoàn toàn mới cho nghiên cứu khoa học về cách thức hoạt động của hệ thống cơ bắp và hệ thần kinh của con người.
Phó giáo sư Max Ortiz Catalan đứng đầu Phòng thí nghiệm điện sinh học và phẫu thuật thần kinh tại Đại học Công nghệ Chalmers và hiện đang thành lập Trung tâm nghiên cứu sinh học và đau đớn mới tại Bệnh viện Đại học Sahlgrenska, với sự hợp tác chặt chẽ với Chalmers và Đại học Gothenburg, nơi công việc này sẽ được tiếp tục phát triển và thực hiện lâm sàng.
Nghiên cứu đã được tài trợ bởi Quỹ Promobilia, Quỹ nghiên cứu IngaBritt và Arne Lundbergs, Vùng Västra Götaland (tài trợ của ALF), Vinnova, Hội đồng nghiên cứu Thụy Điển và Hội đồng nghiên cứu châu Âu.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Công nghệ Chalmers . Bản gốc được viết bởi Johanna Wilde. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Đa phương tiện liên quan :
Tạp chí tham khảo :