אתה כנראה יכול להשלים מספר מדהים של משימות עם הידיים שלך מבלי להסתכל עליהם. אבל אם תלבש כפפות המעמעמות את חוש המישוש שלך, הרבה מהמשימות הפשוטות האלה הופכות למתסכלות. הסר את הפרופריוספציה – היכולת שלך לחוש את המיקום והתנועה היחסית של הגוף שלך – ואולי אפילו תשבור חפץ או תפצע את עצמך.
"רוב האנשים לא מבינים באיזו תדירות הם מסתמכים על מגע במקום על ראייה – הקלדה, הליכה, איסוף כוס מים דקיקה", אמר צ'ארלס גרינספון, דוקטור, מדען מוח מאוניברסיטת שיקגו.
אם אתה לא מרגיש, אתה צריך כל הזמן להסתכל על היד שלך בזמן שאתה עושה משהו, ואתה עדיין מסתכן בשפך, ריסוק או הפלת חפצים".
צ'ארלס גרינספון, מדען מוח, אוניברסיטת שיקגו
גרינספון ושותפי המחקר שלו פרסמו לאחרונה מאמרים ב טבע הנדסה ביו-רפואית ו מַדָע מתעד התקדמות גדולה בטכנולוגיה שנועדה לטפל בדיוק בבעיה זו: גירוי חשמלי ישיר, מתוזמן בקפידה של המוח שיכול לשחזר משוב מישוש כדי לתת "תחושה" ניואנסית לידיים התותבות.
מדע החזרת התחושה
מחקרים חדשים אלו מתבססים על שנים של שיתוף פעולה בין מדענים ומהנדסים ב- UChicago, אוניברסיטת פיטסבורג, אוניברסיטת נורת'ווסטרן, אוניברסיטת קייס ווסטרן רזרב ובלקרוק נוירוטק. יחד הם מתכננים, בונים, מיישמים ומשכללים ממשקי מוח-מחשב (BCIs) וזרועות תותבות רובוטיות שמטרתן לשחזר הן את השליטה המוטורית והן את התחושה אצל אנשים שאיבדו תפקוד משמעותי של הגפיים.
בצד UChicago, המחקר הובל על ידי מדען המוח Sliman Bensmaia, PhD, עד לכתו הבלתי צפוי בשנת 2023.
גישת החוקרים לתחושת תותבת כרוכה בהצבת מערכי אלקטרודות זעירים בחלקי המוח האחראים להזזה ולמישוש היד. בצד אחד, משתתף יכול להזיז זרוע רובוטית פשוט על ידי חשיבה על תנועה, ומצד שני, חיישנים על איבר רובוטי זה יכולים להפעיל פולסים של פעילות חשמלית הנקראת מיקרוסטימולציה תוך קורטיקלית (ICMS) בחלק של המוח המוקדש למגע.
במשך כעשור, הסביר גרינשפון, גירוי זה של מרכז המגע יכול לספק רק תחושת מגע פשוטה במקומות שונים על היד.
"יכולנו לעורר את התחושה שאתה נוגע במשהו, אבל זה היה בעיקר רק אות הפעלה/כיבוי, ולעתים קרובות זה היה די חלש וקשה לדעת היכן על היד התרחש מגע", אמר.
התוצאות שפורסמו לאחרונה מסמנות אבני דרך חשובות במעבר למגבלות אלו.
קידום ההבנה של מגע מלאכותי
במחקר הראשון, שפורסם ב טבע הנדסה ביו-רפואיתגרינשפון ועמיתיו התמקדו בלהבטיח שתחושות מגע הנעוררות חשמלית הן יציבות, מקומיות במדויק וחזקות מספיק כדי להיות שימושיות למשימות יומיומיות.
על ידי העברת פולסים קצרים לאלקטרודות בודדות במרכזי המגע של המשתתפים ודיווחו היכן ובאיזו עוצמה הם חשו בכל תחושה, החוקרים יצרו "מפות" מפורטות של אזורי מוח שתואמים לחלקים ספציפיים ביד. הבדיקה העלתה שכאשר מגרות יחד שתי אלקטרודות מרווחות, המשתתפים מרגישים מגע חזק וברור יותר, מה שיכול לשפר את יכולתם לאתר ולאמוד לחץ על החלק הנכון של היד.
החוקרים גם ערכו בדיקות ממצות כדי לאשר שאותה אלקטרודה יוצרת באופן עקבי תחושה התואמת למיקום מסוים.
"אם אני מגרה אלקטרודה ביום הראשון ומשתתף מרגיש אותה על האגודל, נוכל לבדוק את אותה אלקטרודה ביום 100, יום 1,000, אפילו שנים רבות לאחר מכן, והם עדיין מרגישים אותה בערך באותה נקודה", אמר גרינספון , שהיה המחבר הראשי במאמר זה.
מנקודת מבט מעשית, כל מכשיר קליני יצטרך להיות יציב מספיק כדי שהמטופל יוכל להסתמך עליו בחיי היומיום. אלקטרודה שמשנה ללא הרף את "מיקום המגע" שלה או מייצרת תחושות לא עקביות תהיה מתסכלת ודורשת כיול מחדש תכוף. לעומת זאת, העקביות ארוכת הטווח שחשף מחקר זה עשויה לאפשר למשתמשי תותבות לפתח ביטחון בשליטה המוטורית ובחוש המגע שלהם, בדיוק כפי שהם יעשו בגפיים הטבעיות שלהם.
הוספת תחושות של תנועה וצורות
המשלים מַדָע הנייר הלך צעד קדימה כדי להפוך את המגע המלאכותי לסוחף ואינטואיטיבי עוד יותר. את הפרויקט הוביל הסופר הראשון Giacomo Valle, PhD, פוסט-דוקטורט לשעבר ב- UChicago אשר ממשיך כעת את מחקר הביוניקה שלו באוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה בשוודיה.
"שתי אלקטרודות זו ליד זו במוח אינן יוצרות תחושות ש'מרצפות' את היד בכתמים קטנים ומסודרים בהתכתבות של אחד לאחד; במקום זאת, המיקומים התחושתיים חופפים", הסביר גרינספון, שחלק את המחבר הבכיר של זה. נייר עם Bensmaia.
החוקרים החליטו לבדוק אם הם יכולים להשתמש בטבע החופף הזה כדי ליצור תחושות שיכולות לאפשר למשתמשים להרגיש את הגבולות של אובייקט או את התנועה של משהו מחליק לאורך העור שלהם. לאחר זיהוי זוגות או מקבצים של אלקטרודות ש"אזורי המגע" שלהם חופפים, המדענים הפעילו אותם בתבניות מתוזמרות בקפידה כדי ליצור תחושות שהתקדמו על פני המפה החושית.
המשתתפים תיארו שהרגישו מגע החלקה עדין עובר בצורה חלקה על אצבעותיהם, למרות שהגירוי מועבר בצעדים קטנים ובדידים. המדענים מייחסים תוצאה זו ליכולת המופלאה של המוח לתפור קלט חושי ולפרש אותם כחוויות קוהרנטיות ומרגשות על ידי "מילוי" פערים בתפיסה.
הגישה של הפעלת אלקטרודות ברצף גם שיפרה משמעותית את יכולת המשתתפים להבחין בצורות מישוש מורכבות ולהגיב לשינויים באובייקטים שהם נגעו בהם. לפעמים הם יכלו לזהות את אותיות האלף-בית ש"עקבות" חשמלית בקצות אצבעותיהם, והם יכלו להשתמש בזרוע ביונית כדי לייצב הגה כשהיא החלה לחמוק דרך היד.
התקדמות אלו עוזרות לקרב את המשוב הביוני ליכולות המדויקות, המורכבות והסתגלותיות של מגע טבעי, וסוללות את הדרך לתותבות המאפשרות טיפול בטוח בחפצים יומיומיים ותגובות לגירויים משתנים.
העתיד של נוירופרוסטטיקה
החוקרים מקווים שככל שתכנוני האלקטרודות ושיטות הניתוח ממשיכות להשתפר, הכיסוי על פני היד יהפוך אפילו יותר עדין, ויאפשר משוב אמיתי יותר.
"אנו מקווים לשלב את התוצאות של שני המחקרים הללו במערכות הרובוטיקה שלנו, שם כבר הראינו שאפילו אסטרטגיות גירוי פשוטות יכולות לשפר את היכולות של אנשים לשלוט בזרועות רובוטיות עם המוח שלהם", אמר מחבר שותף רוברט גאונט, PhD, פרופסור חבר של רפואה פיזיקלית ושיקום והובלת עבודת הגירוי באוניברסיטת פיטסבורג.
גרינספון הדגיש כי המוטיבציה מאחורי עבודה זו היא לשפר את העצמאות ואיכות החיים של אנשים החיים עם אובדן גפיים או שיתוק.
"לכולנו אכפת מהאנשים בחיינו שנפצעים ומאבדים את השימוש באיבר – המחקר הזה הוא בשבילם", אמר. "כך אנחנו מחזירים את המגע לאנשים. זו החזית של הנוירוטכנולוגיה המשקמת, ואנחנו פועלים להרחיב את הגישה לאזורים אחרים במוח".
הגישה טומנת בחובה הבטחה גם לאנשים עם סוגים אחרים של אובדן חושים. למעשה, הקבוצה גם שיתפה פעולה עם מנתחים ורופאים מיילדים ב- UChicago בפרויקט השד הביוני, שמטרתו לייצר מכשיר מושתל שיכול לשחזר את חוש המישוש לאחר כריתת השד.
למרות שעדיין נותרו אתגרים רבים, מחקרים אחרונים אלה מציעים עדות לכך שהדרך להחזרת המגע הולכת ומתבהרת. עם כל סט חדש של ממצאים, החוקרים מתקרבים לעתיד שבו חלק גוף תותב אינו רק כלי פונקציונלי, אלא דרך לחוות את העולם.