CAMBRIDGE, Mass. – Timp de ore în șir, anul trecut, inginerii de la Massachusetts Institute of Technology au rulat membrul robotic controlat de creier, testându-i capacitățile pe o serie de pacienți și punându-l la punct ca o echipă de la boxe care pregătește o mașină de curse pentru Indy 500.

Au pus pacienții să flexeze piciorul protetic: degetul în sus, degetul în jos. Degetul înăuntru, degetul în afară. Să urce un rând de scări, apoi să coboare înapoi. Dar a fost după experimentele de o zi, când pacientul Jim Ewing era așezat și discuta cu echipa, când au făcut cea mai provocatoare observație a lor: El se agita, făcând să pivoteze glezna motorizată, în mod inconștient.

Nu era mare lucru, doar o clătinare din când în când, dar a oferit dovezi puternice că noul picior robotizat a devenit o parte integrantă a corpului lui Ewing într-un mod care nu a mai fost realizat până acum cu un membru protetic, au raportat miercuri oamenii de știință.

publicitate

„Un amputat standard, atunci când își poartă piciorul, nu face nimic din toate acestea”, a declarat pentru STAT Dr. Matthew Carty, chirurg la Brigham and Women’s Hospital și coautor al lucrării. „Dar Jim, când stătea acolo și vorbea cu noi, își mișca piciorul bionic ca și cum ar fi fost piciorul său biologic. Și nu se gândea la asta. Era doar el fiind el însuși.”

Cheia pentru a face ca piciorul bionic să semene cu cel biologic a fost combinarea unui progres chirurgical cu unul tehnologic, spun cercetătorii. Ewing – care și-a mutilat piciorul stâng atunci când a căzut de la aproximativ 15 metri de pe o stâncă pe care o escalada în Insulele Cayman – a fost prima persoană care a fost supusă unui tip complet nou de amputație, inițiat de Carty și de profesorul Hugh Herr de la MIT. Între timp, inginerii au dezvoltat un picior protetic care ar permite comunicarea în ambele sensuri, cu semnale care călătoresc de la creierul lui Ewing la piciorul său inferior rezidual și în membrul bionic, și apoi înapoi.

Herr, el însuși un alpinist care și-a pierdut ambele picioare din cauza degerăturilor în adolescență, își descrie obiectivul ca fiind nimic mai puțin decât eliminarea dizabilității. Acest lucru este încă departe. Dar cercetarea demonstrează potențialul noului sistem de a ajuta persoanele cu picioarele amputate să se prindă singure atunci când pășesc pe borduri pe care nu le văd sau să meargă pe jos pe teren accidentat fără să se împiedice, a declarat Tyler Clites, care tocmai și-a obținut doctoratul. de la Harvard-MIT Program in Health Sciences and Technology și a fost autorul principal al lucrării publicate în Science Translational Medicine.

advertisment

Ewing, denumit „Subiectul A” în lucrare, a fost singurul pacient testat care a fost supus noii proceduri. Clites a comparat modul în care s-a descurcat cu piciorul robotizat cu performanța a patru persoane care au suferit amputări tradiționale. Spre deosebire de Ewing, care a descris proteza ca fiind „piciorul său”, ceilalți au raportat „o lipsă distinctă de proprietate față de proteză sau de emoție asociată cu controlul acesteia”, a scris Clites.

Ewing, în vârstă de 54 de ani, a prezentat un control mai subtil asupra piciorului din fibră de carbon și metal, care cântărește aproximativ 2 kilograme – aproximativ la fel ca piciorul său natural. De asemenea, el și-a ridicat și coborât automat degetele de la picioare în timp ce urca sau cobora scările, un comportament reflexiv observat la persoanele cu picioare intacte, dar niciodată până acum cu o proteză. „Acest lucru se află sub nivelul conștiinței sale”, a declarat Clites. „Se întâmplă pur și simplu, în mod natural.”

Înainte de a concluziona că noua operație este superioară amputației standard, totuși, rezultatele trebuie să fie reproduse într-un studiu clinic mai mare, care este deja în curs de desfășurare.

STAT a urmărit experimentul în ultimele 15 luni, colectând imagini pentru un viitor documentar, numit „Augmented”, despre ambițiosul proiect al lui Herr și al echipei sale de a crea proteze robotice avansate care să devină una cu pacienții.

Cel mai important, cercetătorii de la MIT și Brigham au reușit să-i restabilească lui Ewing simțul propriocepției, abilitatea de a ști – fără să te uiți – unde se află membrele tale în spațiu, cu ce viteză se mișcă și cu ce forță. Este ceea ce vă permite să vă atingeți degetele împreună cu ochii închiși sau să calibrați cât de tare trebuie să apăsați pe pedala de accelerație. Pe scurt, „este fundamentală pentru toate mișcările umane”, a declarat Clites într-un interviu.

Paul Marasco, șeful Laboratorului pentru Integrare Bionică de la Clinica Cleveland, a calificat lucrarea drept „grozavă”, spunând că „propriocepția a fost o nucă foarte greu de spart” pentru dezvoltatorii de membre robotice. „Este un simț pe care nici măcar nu știm că îl avem”, a spus el, „pe care îl considerăm complet de la sine înțeles. Dar fără ea, funcționalitatea protezelor este cu adevărat redusă.”

La persoanele cu membrele intacte, propriocepția depinde de interacțiunea dintre mușchii opuși: Când bicepsul se contractă și vă mișcă cotul, de exemplu, tricepsul se întinde, iar senzorii din acești mușchi și tendoanele atașate semnalează creierului că brațul s-a îndoit. Acest feedback continuu permite creierului să controleze fin mișcarea, dar în procedura tradițională de amputare, aceste conexiuni sunt întrerupte.

Noua „amputație Ewing” le recreează, prin coaserea laolaltă a perechilor de mușchi și tendoane care obișnuiau să se conecteze la gleznă și la articulația subtalară din picior. Când un mușchi se contractă, celălalt se întinde, restabilind senzația că articulația se mișcă. Electrozii fixați pe pielea pacientului înregistrează mișcările musculare din membrul său rezidual și trimit semnale către piciorul protetic care îl determină să se miște așa cum simte el că se mișcă.

În același timp, piciorul trimite înapoi impulsuri electrice către membrul rezidual cu privire la forța exercitată, permițându-i pacientului să ajusteze cât de tare împinge.

„Ceea ce este unic la Jim față de alții este că atunci când Jim se gândește la mișcarea membrului său fantomă, el simte ca și cum membrul fantomă se mișcă așa cum vrea el să se miște”, a spus Clites.

Ewing a putut simți senzația de îndată ce piciorul robot a fost atașat și pus la punct. „Am început imediat să îl folosesc ca și cum ar fi fost propriul meu picior”, a declarat el pentru STAT, fără să fie nevoie să își reeduce creierul cum să obțină mișcările dorite.

„Oh, wow, este ceva acolo”, își amintește el că s-a gândit. „Răspunde. M-am simțit ca și cum piciorul meu s-ar fi întors.”

„Nu sunt o persoană predispusă la emoții dramatice”, a adăugat el, „dar mai târziu, când conduceam spre casă, am simțit cu adevărat o dorință puternică de a fi conectat din nou la ea. De genul: „Vreau să am din nou acel lucru pe mine și să simt că am piciorul înapoi.””

Ewing, un inginer din Falmouth, Maine, era atât de concentrat pe decizia „monumentală” de a i se amputa sau nu piciorul, încât supunerea la această procedură inedită a fost aproape un gând secundar. Nu putea fi sigur că operația va funcționa, că va elimina durerea atroce care îl făcea să ia cantități tot mai mari de analgezice. Și dacă ar fi înrăutățit și mai mult durerea?

„Nu este reversibilă, nu o poți pune la loc”, a spus el. „Asta este partea înspăimântătoare.”

Dar la 19 iulie 2016, la un an și jumătate de la căderea sa, a mers mai departe cu amputarea: „Am știut că nu puteam continua viața cu ceea ce aveam”, a spus el.

Acum doi ani mai târziu, durerea sa a dispărut în mare parte, deși a spus că încă mai simte „zgomote nervoase”, un „pic de furnicături constante în piciorul fantomă”. Aceasta nu îl încetinește. De la operație, a mers la schi și a făcut scufundări. Aleargă și face drumeții cu o proteză din fibră de carbon și, cam în fiecare weekend, face alpinism. „Chiar nu există nicio activitate la care să trebuiască să spun: „Oh, nu pot face asta din cauza membrului meu rănit.””

Operația standard de amputare rămâne împotmolită în secolul al XIX-lea: Nu s-a schimbat prea mult din zilele Războiului Civil, când anestezia era încă rudimentară și ceea ce conta cel mai mult era rapiditatea și menținerea în viață a pacienților.

Între timp, membrele protetice s-au îmbunătățit dramatic în ultimul deceniu sau cam așa ceva, determinate în mare parte de nevoia de a ajuta miile de membri ai armatei americane care s-au întors din războaiele din Afganistan și Irak cu picioarele sfărâmate. Armata americană a contribuit la finanțarea cercetării descrise în noua lucrare, alături de consorțiile MIT Media Lab, Google și Gillian Reny Stepping Strong Center for Trauma Innovation, care a fost creat de familia unui supraviețuitor al atentatului cu bombă de la maratonul din Boston.

„Tehnologiile s-au maturizat până în punctul în care putem începe să purtăm o conversație despre cum trebuie să se schimbe amputațiile” pentru a profita pe deplin de caracteristicile protezelor avansate, a declarat Marasco de la Cleveland Clinic. „Aceasta este o parte cu adevărat interesantă a acestui lucru .”

Marasco a raportat recent restabilirea senzației de mișcare a mâinii la trei pacienți cu amputații ale membrelor superioare. Prin vibrarea mușchilor din brațul rezidual al pacienților în timp ce mâna lor protetică se mișca, echipa lui Marasco a păcălit creierul să creadă că simte mișcarea mâinii. Pacienții au avut un control mai bun al prinderii și, similar cu Ewing, au raportat că membrul lor bionic se simțea mai mult ca al lor.

Clites a declarat că abordarea echipei sale este singura care se bazează pe mușchii și nervii care fac ceea ce fac în mod natural. (El a depus o cerere de brevet împreună cu Herr și Carty, care dețin deja un brevet conceptual pentru această procedură.)

„Toți ceilalți care lucrează în acest spațiu încearcă să construiască un sistem robotic care va funcționa într-un membru rezidual care, sincer, este rupt”, a spus Clites. „În loc să facem asta, noi intrăm și facem o inginerie a corpului fizic al pacientului, astfel încât acesta să fie optimizat pentru a interacționa cu membrul protetic.”

Într-o după-amiază la începutul anului trecut, după ce l-a urmărit pe Ewing urcând cu succes scările cu piciorul robotizat, Herr s-a așezat într-o sală de conferințe de la MIT și a reflectat asupra a ceea ce a văzut. „Când proiectăm și construim ciocane și le luăm în mână și băgăm cuie, este o unealtă”, a spus el. „Este separată de corpul nostru. Este ceva ce folosim. Dar nu este o parte integrantă a sinelui. Intrăm acum într-o nouă eră a interacțiunii om-tehnologie.”

A spus că tânjește după acea senzație de proprietate, ceea ce el numește „întruchipare”, și a recunoscut că se simte „verde de invidie” pentru Ewing. „Dar va veni timpul”, a adăugat el.

De fapt, anul trecut, laboratorul lui Herr a publicat o lucrare care descrie modul în care noua abordare a amputării ar putea fi aplicată persoanelor ca Herr care au fost deja supuse procedurii standard.

Carty plănuiește deja să înceapă să efectueze o versiune deasupra genunchiului a amputației Ewing, primul pacient fiind programat pentru operație în iunie și alți doi probabil în toamnă.

Acesti pacienți vor face parte din studiul clinic mai mare în curs de desfășurare, care este finanțat cu 3 milioane de dolari de la Departamentul de Apărare. Studiul va include în cele din urmă 16 până la 20 de pacienți, a declarat Carty. Trebuia să dureze patru ani, dar recrutarea a mers mult mai repede decât se preconiza, impulsionată de cuvântul din gură în gură. Carty a făcut până acum nouă dintre amputări.

Cu doi ani în urmă, Ewing a intrat șchiopătând în Brigham and Women’s Faulkner Hospital pentru prima amputație. La începutul acestei luni, s-a întors, de data aceasta pășind încrezător pe hol pe un picior bionic, cu micul său motor electric care vâjâia la fiecare pas. Se afla acolo pentru a vizita o femeie în vârstă de 20 de ani care urma să fie supusă procedurii de amputare care îi poartă numele.

Când a virat colțul în zona preoperatorie, pacientul nr. 9 aștepta nerăbdător. „Bună, Jim”, a spus ea.

„Mi-ai auzit piesele?”, a întrebat el.

Apoi s-au îmbrățișat.