CAMBRIDGE, Mass. – A Massachusetts Institute of Technology mérnökei tavaly órákon át futtatták az agyvezérelt robotvégtagot, tesztelték a képességeit egy sor páciensen, és úgy finomhangolták, mint egy boxcsapat, amely egy versenyautót készít fel az Indy 500-ra.

A páciensek hajlították a lábprotézist: lábujj felfelé, lábujj lefelé. Lábujj befelé, lábujj kifelé. Sétáljanak fel egy lépcsőn, majd vissza. De a napi kísérletek után, amikor Jim Ewing páciens leült és beszélgetett a csapattal, tették a legprovokatívabb megfigyelésüket: A tudósok szerdán arról számoltak be, hogy az új robotláb olyan módon vált Ewing testének zökkenőmentes részévé, ahogyan eddig még soha nem sikerült művégtaggal megvalósítani, és a motorizált bokát öntudatlanul forgatta.

Nem volt sok, csak egy-egy mozdulat, de erős bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy az új robotláb Ewing testének olyan zökkenőmentes részévé vált, amilyenre még soha nem volt példa művégtaggal.

reklám

“Egy hagyományos amputált láb, amikor viseli a lábát, semmi ilyesmit nem csinál” – mondta Dr. Matthew Carty, a Brigham and Women’s Hospital sebésze és a tanulmány társszerzője a STAT-nak. “De Jim, amikor ott ült és beszélt velünk, úgy rángatta a bionikus lábát, mintha az a biológiai lába lenne. És nem gondolkodott rajta. Egyszerűen csak ő maga volt.”

A kutatók szerint a kulcs ahhoz, hogy a bionikus olyan legyen, mint a biológiai, egy sebészeti és egy technológiai előrelépés kombinálása volt. Ewing – aki megcsonkította a bal lábát, amikor mintegy 30 métert zuhant egy szikláról, amelyet a Kajmán-szigeteken megmászott – volt az első ember, aki átesett egy teljesen újfajta amputáción, amelyet Carty és Hugh Herr, az MIT professzora vezetett be. A mérnökök eközben olyan lábprotézist fejlesztettek ki, amely kétirányú kommunikációt tesz lehetővé: a jelek Ewing agyából a megmaradt alsó lábszárába és a bionikus végtagba jutnak, majd vissza.

Herr, aki maga is sziklamászó volt, és tinédzserként mindkét lábát fagyás miatt vesztette el, nem kisebb célt tűzött ki maga elé, mint a fogyatékosság megszüntetését. Ez még messze van. De a kutatás azt mutatja, hogy az új rendszer segíthet az amputált lábú embereknek abban, hogy elkapják magukat, amikor olyan járdaszegélyre lépnek, amelyet nem látnak, vagy egyenetlen terepen túráznak anélkül, hogy megbotlanának – mondta Tyler Clites, aki most szerezte meg doktori fokozatát. a Harvard-MIT Egészségtudományi és Technológiai Programjában, és ő volt a Science Translational Medicine című szaklapban megjelent tanulmány vezető szerzője.

hirdetés

Ewing, akit a tanulmányban “A alanyként” emlegetnek, volt az egyetlen tesztelt beteg, aki átesett az új eljáráson. Clites összehasonlította, hogyan teljesített a robotlábbal négy olyan ember teljesítményével, akiknek hagyományos amputációjuk volt. Ewinggal ellentétben, aki a protézist “a lábának” nevezte, a többiek “a protézis iránti tulajdonlás vagy az irányításával kapcsolatos érzelmek egyértelmű hiányáról” számoltak be – írta Clites.

A 54 éves Ewing finomabb irányítást mutatott a szénszálas-fém láb felett, amely körülbelül 2 kilogrammot nyom – nagyjából ugyanannyit, mint a természetes lába. Lépcsőmászás és -leereszkedés közben automatikusan felemelte és leeresztette a lábujjait, ami olyan reflexszerű viselkedés, amelyet ép lábbal rendelkező embereknél megfigyeltek, de protézissel még soha. “Ez a tudata szintje alatt van” – mondta Clites. “Ez csak úgy megtörténik, természetesen.”

Mielőtt azonban arra a következtetésre jutnánk, hogy az új műtét jobb, mint a hagyományos amputáció, az eredményeket meg kell ismételni egy nagyobb klinikai kísérletben, ami már folyamatban van.

ASTAT az elmúlt 15 hónapban nyomon követte a kísérletet, és felvételeket gyűjtött egy hamarosan megjelenő, “Augmented” című dokumentumfilmhez, amely Herr és csapata ambiciózus projektjéről szól, amelynek célja olyan fejlett robotprotézisek létrehozása, amelyek eggyé válnak a beteggel.

A legfontosabb, hogy az MIT és a Brigham kutatói képesek voltak helyreállítani Ewing propriocepciós érzékét, vagyis azt a képességet, hogy – anélkül, hogy megnéznénk – tudjuk, hol vannak a végtagok a térben, milyen gyorsan és milyen erővel mozognak. Ez teszi lehetővé, hogy csukott szemmel összeérintsük az ujjainkat, vagy hogy kalibráljuk, milyen erővel nyomjuk a gázpedált. Röviden, “ez minden emberi mozgás alapvető eleme” – mondta Clites egy interjúban.

Paul Marasco, a Cleveland Clinic Bionikus Integrációs Laboratóriumának vezetője “klassznak” nevezte a tanulmányt, mondván, hogy “a propriocepció igazán kemény dió volt” a robotvégtagok fejlesztői számára. “Ez egy olyan érzék, amiről nem is tudjuk, hogy megvan” – mondta – “amit teljesen természetesnek veszünk. De nélküle a protézisek funkcionalitása valóban csökken.”

Az ép végtagokkal rendelkező embereknél a propriocepció az ellentétes izmok közötti kölcsönhatástól függ: Amikor például a bicepszünk összehúzódik és mozgatja a könyökünket, a tricepszünk megnyúlik, és az ezekben az izmokban és a hozzájuk kapcsolódó inakban lévő érzékelők jelzik az agyunknak, hogy a karunk behajlott. Ez a folyamatos visszajelzés lehetővé teszi az agy számára a mozgás finom szabályozását, de a hagyományos amputációs eljárás során ezeket a kapcsolatokat elvágják.

Az új “Ewing-amputáció” újra létrehozza ezeket, olyan izom- és ínpárok összevarrásával, amelyek korábban a bokához és a lábfej lábszár alatti ízülethez kapcsolódtak. Amikor az egyik izom összehúzódik, a másik megnyúlik, helyreállítva az érzést, hogy az ízület mozog. A páciens bőrére erősített elektródák rögzítik az izommozgásokat a maradék végtagjában, és olyan jeleket küldenek a lábprotézisnek, amelyek hatására az úgy mozog, ahogy ő érzi, hogy mozog.

A láb ugyanakkor elektromos impulzusokat küld vissza a maradék végtagnak a kifejtett erőről, így a beteg beállíthatja, milyen erővel nyomja.

“Ami Jim esetében egyedülálló másokkal szemben, az az, hogy amikor Jim arra gondol, hogy mozgatja a fantomvégtagját, úgy érzi, mintha a fantomvégtag úgy mozogna, ahogy ő szeretné, hogy mozogjon” – mondta Clites.

Ewing érezte az érzést, amint a robotlábat felcsatolták és beállították. “Azonnal elkezdtem használni, mintha a saját lábam lenne” – mondta a STAT-nak, anélkül, hogy újra kellett volna tanítania az agyát, hogyan érje el a kívánt mozgásokat.”

“Hűha, van ott valami” – emlékezett vissza a gondolatra. “Reagál. Olyan érzés volt, mintha a lábam visszatért volna.”

“Nem vagyok olyan ember, aki igazán hajlamos a drámai érzelmekre” – tette hozzá – “de később, amikor hazafelé vezettem, tényleg erős késztetést éreztem, hogy újra kapcsolatba kerüljek vele. Mintha azt akarnám, hogy újra rajtam legyen az a dolog, és érezzem, hogy visszakaptam a lábam.”

Ewing, a Maine állambeli Falmouthból származó mérnök annyira a “monumentális” döntésre összpontosított, hogy egyáltalán amputáltassa-e a lábát, hogy az újszerű eljárásnak való alávetés szinte mellékes volt. Nem lehetett biztos benne, hogy a műtét működni fog, hogy megszünteti a kínzó fájdalmat, ami miatt egyre több fájdalomcsillapítót kellett szednie. És mi van, ha még rosszabb lesz a fájdalom?

“Ez nem visszafordítható, nem lehet visszarakni” – mondta. “Ez az ijesztő része.”

De 2016. július 19-én, másfél évvel az esése után mégis belevágott az amputációba: “Tudtam, hogy nem folytathatom az életemet azzal, amim van” – mondta.”

Most két évvel később a fájdalmai nagyrészt enyhültek, bár elmondása szerint még mindig érez “idegzajt”, “állandó kis bizsergést a szellemlábában”. Ez nem lassítja őt. A műtét óta síel és búvárkodik. Fut és túrázik egy szénszálas protézissel, és szinte minden hétvégén elmegy hegyet mászni. “Igazából nincs olyan tevékenység, amire azt kellene mondanom, hogy “Ó, ezt nem tudom megtenni a sérült végtagom miatt.””

A szokásos amputációs műtét továbbra is a 19. században ragadt: Nem sokat változott a polgárháború óta, amikor az érzéstelenítés még kezdetleges volt, és a legfontosabb a gyorsaság és a betegek életben tartása volt.

Mindeközben a végtagprotézisek drámai fejlődésen mentek keresztül az elmúlt évtizedben, amit nagyrészt annak a több ezer amerikai katonának a megsegítésének igénye vezérelt, akik az afganisztáni és iraki háborúkból törött lábakkal tértek vissza. Az amerikai hadsereg, az MIT Media Lab konzorcium, a Google és a Gillian Reny Stepping Strong Center for Trauma Innovation, amelyet egy bostoni maratoni robbantás túlélőjének családja hozott létre, segített finanszírozni az új tanulmányban leírt kutatást.

“A technológiák olyan szintre érettek, hogy elkezdhetünk beszélgetni arról, hogyan kell megváltozni az amputációknak”, hogy teljes mértékben kihasználhassuk a fejlett protézisek tulajdonságait, mondta a Cleveland Clinic munkatársa, Marasco. “Ez egy igazán izgalmas része a dolognak.”

Marasco nemrégiben számolt be arról, hogy három felső végtagamputált betegnél visszaállították a kézmozgás érzését. Azáltal, hogy a betegek maradék karjának izmait rezgésbe hozták, miközben a kézprotézisük mozgott, Marasco csapata becsapta az agyat, hogy azt higgye, a kéz mozgását érzi. A betegek jobban tudták irányítani a fogásukat, és Ewinghoz hasonlóan arról számoltak be, hogy a bionikus végtagjukat sokkal inkább sajátjuknak érezték.

Clites szerint csapata megközelítése az egyetlen, amely arra támaszkodik, hogy az izmok és az idegek azt teszik, amit a természetben is tesznek. (Szabadalmat nyújtott be Herrrel és Cartyval együtt, akiknek már van egy koncepcionális szabadalmuk az eljárásra.)

“Mindenki más, aki ezen a területen dolgozik, olyan robotrendszert próbál építeni, amely egy olyan végtagban működik, amely őszintén szólva eltört” – mondta Clites. “Ehelyett mi bemegyünk, és úgy alakítjuk át a beteg fizikai testét, hogy az optimalizálva legyen a művégtaggal való interakcióra.”

A múlt év egyik kora délutánján, miután látta, ahogy Ewing sikeresen lépcsőt mászik a robotlábbal, Herr az MIT egyik konferenciatermében ült, és elgondolkodott a látottakon. “Amikor kalapácsokat tervezünk és építünk, felkapjuk őket, és szögeket verünk be, az egy szerszám” – mondta. “Ez elkülönül a testünktől. Ez valami, amit használunk. De nem szerves része önmagunknak. Most az ember és a technológia interakciójának új korszakába lépünk.”

Elmondta, hogy vágyik a tulajdonlás érzésére, amit ő “megtestesülésnek” nevez, és bevallotta, hogy “zöldül az irigységtől” Ewing miatt. “De eljön az idő” – tette hozzá.”

Múlt évben Herr laboratóriuma publikált egy tanulmányt, amelyben leírta, hogy az amputáció új megközelítése hogyan alkalmazható az olyan embereknél, mint Herr, akik már átmentek a szokásos eljáráson.

Carty már tervezi, hogy megkezdi az Ewing-amputáció térd feletti változatának elvégzését, az első páciens műtétjét júniusban tervezik, további kettőt pedig valószínűleg ősszel.

Ezek a betegek a folyamatban lévő nagyobb klinikai kísérlet részei lesznek, amelyet a védelmi minisztérium 3 millió dollárral finanszíroz. A vizsgálatban végül 16-20 beteg vesz majd részt, mondta Carty. A tervek szerint négy évig tartott volna, de a toborzás a vártnál sokkal gyorsabban ment, a szájpropagandának köszönhetően. Carty eddig kilenc amputációt végzett.

Két évvel ezelőtt Ewing bicegett be a Brigham and Women’s Faulkner kórházba az első amputációra. E hónap elején visszatért, ezúttal magabiztosan lépkedett végig a folyosón egy bionikus lábon, amelynek kis elektromos motorja minden egyes lépésnél zúgott. Azért volt ott, hogy meglátogasson egy 20 éves nőt, aki a nevét viselő amputációs eljárásra készült.

Amikor befordult a sarkon a műtét előtti területre, a 9-es számú beteg már türelmetlenül várta. “Szia, Jim” – mondta a nő.

“Hallotta a részeimet?” – kérdezte a férfi.

Aztán megölelték egymást.