Protezler Biyonik Hale Geldi ve Ampütasyonun da Akıllanması Gerekli
Oysa prosedürler 19.yy’dan beri pek değişmedi
Protezler, düşe kalka da olsa, daima ilerlemekte. Bilgisayarlı oldular, beyin-kontrollü oldular ve artık hissedebiliyorlar. Fakat bu biyonik uzuvlar, her ne kadar çok gelişmiş olsalar da, kullanıcılar genellikle daha basit aygıtları tercih ediyor, çünkü bu harikaları kontrol etmek zor ve yeterli geri bildirim imkanı sağlamıyorlar.
Bileğinizi bükerseniz, gözleriniz kapalı bile olsa, bileğinizin nerede olduğunu ve ne kadar hızlı büktüğünüzü hissedebilirsiniz. Halter kaldırırsanız, ne kadar ağır olduğunu hissedebilirsiniz. Bileği yapay olan biri, bunların hiç birini hissedemez- bunun yerine, protezinin ne yaptığını görmek için sürekli ona bakmak zorundadır.
‘Uzvu ampüte edilen birinin, bunları tekrar hissedebilmesini hedefliyoruz,’ diyor Hugh Herr, kendisi MIT’de protez uzuvlar yapıyor ve iki ayağı birden biyonik.
Herr ve arkadaşlarına göre, gelişmiş protezlerin yaygınlaşmamasının en önemli sebeplerinden biri, ampütasyon işleminin 19.yy’dan bu yana temelde hiç değişmemiş olması. Science Robotics (Robotik Bilimi)’te yeni yayımlanan bir yazıya göre, gelişmiş protezlerin kontrolünü arttıran ve aynı zamanda sensörlü geri bildirim imkanı tanıyan, yeni bir ampütasyon işlemi süreci test edildi.
Normal ampütasyonlarda, hastanın sinirleri ve kasları dümdüz kesilmekte, sadece yastıklama amacıyla bir miktar fazladan kas uzvun ucunda bırakılmaktadır. Uyarılması gereken herhangi bir organ olmadığı için, kopmuş sinirler ağrılı bir şekilde şişer. Buna ek olarak düzenleme, kastan gelen elektrik sinyallerini zayıflatarak, emirlerini vücudun elektrik devrelerinden alan bazı biyonik uzuvları kontrol etmeyi zorlaştırır.
Normalde, kaslar zıt işler yapan çiftler halinde çalışır. Örneğin, bisepsinizi büktüğünüzde, trisepsiniz gerilir. Gerilen bu triseps, beyne otomatik olarak bir sinyal gönderir ve kolunuzda neler olup bittiğini bildirir. Ampütasyon, maalesef bu kas çiftlerini kopartır. Herr, onları yeniden yaratırlarsa, biyonik bir uzvu kontrol etmenin daha doğal olmasını ve kullanıcıların, biyonik uzvun, pozisyonu ve hareketlerini, bakmadan hissetmesini mümkün kılabileceklerini düşünüyor. (Buna propriosepsiyon denir.)
Normalde kaslar çiftler halindedir. Çifte bir kas daraltıldığında, diğeri gerilir ve beyine bir sinyal gönderir. Araştırmacılar, bu doğal çiftleri, ampute olan hastaların, yapay uzuvlarının yaptıklarını “hissetmeleri” için kullanabileceklerini düşünüyorlar.
Stephanie Ku
Bu fikri test etmek için Herr ve ekibi, yedi sıçanda yapay kas eşleştirmeleri oluşturdu. Sinirleri çıkarılan iki kas alındığında onları birbirine bağladılar ve farelerin bacaklarına aşıladılar. Sonra normalde bükülüp bacak kaslarını genişleten ve her bir kas yerleşimine birer tane bağlayan iki sinir aldılar. Daha sonra, kaslardan birini daralma haline getirmek için harekete geçirdiklerinde ölçümler, ikinci kasın uzadığı gibi beyne otomatik olarak bir sinyal gönderdiğini gösterdi. Deney, bu suni kas çiftlerinin biyolojik çiftlere benzer şekilde çalıştığını gösterdi. Artı, kaslar ve sinirler potansiyel olarak bir protez cihazını kontrol etmek için kullanılabilecek kadar güçlü bir elektrik sinyali sağladı.
Herr için bu sonuçlar, suni kas çiftinin bir protez koluna ve ondan bilgi akışı sağlayabileceği anlamına gelir. Gerilme kası beyne uzvun nasıl hareket ettiğini ve pozisyon hissi yarattığını söylerken, uzayan kas elektrik sinyalleri ile biyonik uzva ne yapılacağını söyleyebilir. Biyonik uzuvdan kasa elektriksel uyarı, uzvun nerede olduğu ve hissettiği hakkında ek geri bildirim sağlayabilir. Böylece, kol birinin yapay elinizi salladığını ya da elinizdeki halterin ne kadar ağır olduğunu söyleyebilir.
Her bir kas eşleştirmesi yalnızca bir tür hareketi kontrol edebilir – örneğin el sıkışma için ön kolunu yukarı ve aşağı hareket ettirme. Her parmağınızı esnetmek ya da bileğinizi ayarlamak için diğer bağımsız kas çiftleşmelerine ihtiyaç duyulacaktır.
Amputasyonlu bazı insanlar, bu doğal kas çiftlerine hala sahip olabilirler. Başkaları için, eşlemeler, vücudun diğer bölgelerinden kaslar alarak ve bu çalışmada Herr’ın ekibi gibi protez bağlantı alanına aşılanarak yeniden oluşturulabilir. Ve önceden planlanan amputasyonlar için, kesilmekte olan kas çiftlerinin yeniden oluşturulmasına yardımcı olan mükemmel bir kas ve sinir kaynağı olabilir.
Herr, “Geçmişte, uzuv kesildi ve yakıldı ve tüm bu harika dokular atıldı” diyor. “Benim durumumda – iki bacağım da dizin altında kesildi ve amputasyonlar 30 yıl önce, gerçekten de aptalca bir şekilde, geleneksel bir şekilde yapıldı; prensip olarak dizlerim üzerinde revizyon yapabilir ve kaslarımı alabilirsiniz. Vücudumun başka bir parçasından kaslar alıp bu çiftleri oluşturun. “
Ve aslında, yapmayı planladığı şey buydu. Herr, “Bunu insanlara hızla çevirmek istiyoruz ve ben kişisel olarak bacaklarda yapılmasını istiyorum” diyor. Şu anda, eklemlerini görüntülüyor, bir cerrahi plan geliştiriyor ve etik bir inceleme kurulunun onayını bekliyor ancak “çok yakında” kendisinin ameliyat olabileceğini düşünüyor.
“Geçmişte, uzuv kesildi ve yakıldı ve bütün bu harika dokular atıldı.”
Prosedür sadece dokuları yeniden düzenlemeyi içerdiğinden düşük riskli bir prosedür olarak kabul ediliyor. İşe yaramazsa, sonuçlar konvansiyonel bir amputasyona benzer olmalıdır.
Herr, tekniğin bir başka avantajı da , kaslar yoluyla kullanıcının sinirlerine geri bildirim sağlıyor olması, diyor. “Kaslar sentetik şeyler tarafından dokunulmaya aldırmaz ama sinirler gerçekten şikayet ediyor. Hiç hoşuna gitmiyor ve reddetmeyi bırakıyor. Kaslar çok daha az kaprisli. “FDA, kaslar ile arayüz oluşturan diğer elektrikli cihazları onaylamış durumda.
Çalışırsa, amputasyon tekniği daha hassas kontrol ve duyusal geri bildirim sağlayabilir ve bu da daha iyi refleksler ve daha iyi bir kullanıcı deneyimi sağlar.
Hala insanlarda test etmeleri gerekiyor olsa bile ekip, kendi teknikleriyle biyonik uzuvların, daha fazla doğal uzuv gibi hissettirmelerini ve davranmalarını umuyor.
İnsanların sinirlerine kablolar yerleştiren diğer araştırmacılar, hangi elektriksel modelin kuvvet, hangisinin dokunma, pozisyon ya da hız duyumu yaratacağını kestirmek durumundalar. Aksine diyor Herr, ‘biz bu duyuları yaratmakta, vücudun doğal sensörlerini kullanıyoruz. Bu yüzden de kendimize çok güveniyoruz ki, uyguladığımız teknikle bunlar, pozisyon gibi hissedilecek, hız gibi hissedilecek, güç gibi hissedilecek.’