Search
תובנות מקיפות על פתופיזיולוגיה וניהול קליני של פרפור פרוזדורים

רגל תותבת פורצת דרך משיגה הליכה טבעית באמצעות שליטה עצבית

גפיים תותבות חדישות יכולות לעזור לאנשים עם קטיעות רגליים להגיע להליכת הליכה טבעית, אך הן אינן מעניקות למשתמש שליטה עצבית מלאה על הגפה. במקום זאת, הם מסתמכים על חיישנים ובקרים רובוטיים שמניעים את הגפה באמצעות אלגוריתמי הליכה מוגדרים מראש.

באמצעות סוג חדש של התערבות כירורגית וממשק נוירו-פרוסטטי, חוקרי MIT, בשיתוף עם עמיתים מבית החולים Brigham and Women's, הראו שהליכת הליכה טבעית ניתנת להשגה באמצעות רגל תותבת המונעת במלואה על ידי מערכת העצבים של הגוף עצמו. הליך הקטיעה הניתוחי מחבר מחדש את השרירים בשארית הגפה, מה שמאפשר למטופלים לקבל משוב "פרופריוצפטיבי" לגבי היכן נמצאת איבר התותבת שלהם בחלל.

במחקר על שבעה חולים שעברו ניתוח זה, צוות MIT מצא שהם מסוגלים ללכת מהר יותר, להימנע ממכשולים ולטפס במדרגות בצורה הרבה יותר טבעית מאשר אנשים עם קטיעה מסורתית.

זהו המחקר התותב הראשון בהיסטוריה שמראה תותבת רגליים תחת אפנון עצבי מלא, שבו מופיעה הליכה ביומימטית. אף אחד לא הצליח להראות את הרמה הזו של שליטה מוחית שמייצרת הליכה טבעית, שבה מערכת העצבים של האדם שולטת בתנועה, לא אלגוריתם בקרה רובוטי".

יו הר, פרופסור לאמנויות מדיה ומדעים, מנהל שותף של מרכז K. Lisa Yang לביוניקה ב-MIT, חבר שותף במכון מקגוברן לחקר המוח של MIT, ומחבר בכיר של המחקר החדש

המטופלים גם חוו פחות כאב ופחות ניוון שרירים בעקבות ניתוח זה, הידוע כ-Agonist-antagonist myoneural interface (AMI). עד כה, כ-60 חולים ברחבי העולם עברו ניתוח מסוג זה, שניתן לעשות גם לאנשים עם קטיעות זרוע.

Hyungeun Song, פוסט דוקטורט במעבדת המדיה של MIT, הוא המחבר הראשי של המאמר, שיופיע ב- רפואת טבע.

משוב חושי

רוב תנועת הגפיים נשלטת על ידי זוגות של שרירים שמתחילים להימתח ולהתכווץ. במהלך קטיעה מסורתית מתחת לברך, האינטראקציות של השרירים הזוגיים הללו מופרעות. זה מקשה מאוד על מערכת העצבים לחוש את המיקום של השריר וכמה מהר הוא מתכווץ -; מידע חושי שהוא קריטי למוח כדי להחליט כיצד להזיז את הגפה.

אנשים עם סוג זה של קטיעה עלולים להתקשות בשליטה באיבר התותב שלהם מכיוון שהם לא יכולים לחוש במדויק היכן האיבר נמצא בחלל. במקום זאת, הם מסתמכים על בקרים רובוטיים המובנים באיבר התותב. איברים אלו כוללים גם חיישנים שיכולים לזהות ולהתאים את עצמם למדרונות ולמכשולים.

כדי לנסות לעזור לאנשים להגיע להליכה טבעית בשליטה מלאה של מערכת העצבים, הר ועמיתיו החלו לפתח את ניתוח AMI לפני מספר שנים. במקום לנתק אינטראקציות טבעיות של שרירים אגוניסטים-אנטגוניסטים, הם מחברים את שני קצוות השרירים כך שהם עדיין מתקשרים באופן דינמי זה עם זה בתוך הגפה השיורית. ניתוח זה יכול להיעשות במהלך קטיעה ראשונית, או שניתן לחבר מחדש את השרירים לאחר הקטיעה הראשונית כחלק מהליך תיקון.

"עם הליך קטיעה של AMI, במידה המרבית האפשרית, אנו מנסים לחבר אגוניסטים מקומיים לאנטגוניסטים מקומיים בצורה פיזיולוגית, כך שלאחר קטיעה, אדם יכול להזיז את איבר הפנטום המלא שלו עם רמות פיזיולוגיות של פרופריוספציה וטווח תנועה." אומר הר.

במחקר משנת 2021, המעבדה של הר מצאה שחולים שעברו את הניתוח הזה הצליחו לשלוט בצורה מדויקת יותר בשרירי הגפה הקטועה שלהם, ושהשרירים האלה הפיקו אותות חשמליים דומים לאלה מהאיבר השלם שלהם.

לאחר התוצאות המעודדות הללו, החוקרים יצאו לבחון האם האותות החשמליים הללו יכולים להפיק פקודות לאיבר תותב ובמקביל לתת למשתמש משוב על מיקומו של הגפה בחלל. האדם העונד את הגפה התותבת יוכל אז להשתמש במשוב הפרופריוספטיבי הזה כדי להתאים מרצונו את ההליכה לפי הצורך.

בחדש רפואת טבע במחקר, צוות MIT מצא שהמשוב החושי הזה אכן תורגם ליכולת חלקה וכמעט טבעית ללכת ולנווט מכשולים.

"בגלל הממשק הנוירו-פרוסטטי של AMI, הצלחנו להגביר את האיתות העצבי הזה, לשמר ככל שיכולנו. זה היה מסוגל לשחזר את היכולת העצבית של אדם לשלוט באופן רציף וישיר בהליכה המלאה, על פני מהירויות הליכה שונות, מדרגות, מדרונות אפילו לעבור מכשולים", אומר סונג.

הליכה טבעית

עבור מחקר זה, החוקרים השוו שבעה אנשים שעברו את ניתוח AMI עם שבעה שעברו קטיעות מסורתיות מתחת לברך. כל הנבדקים השתמשו באותו סוג של איבר ביוני: תותבת עם קרסול מופעל וכן אלקטרודות שיכולות לחוש אותות אלקטרומיוגרפיה (EMG) משרירי הטיביאליס הקדמיים לשרירי הגסטרוקנמיוס. האותות האלה מוזנים לבקר רובוטי שעוזר לתותב לחשב כמה לכופף את הקרסול, כמה מומנט להפעיל או כמה כוח לספק.

החוקרים בדקו את הנבדקים בכמה מצבים שונים: הליכה מישורית על פני מסלול של 10 מטר, הליכה במעלה מדרון, הליכה ברמפה, עלייה וירידה במדרגות והליכה על משטח ישר תוך הימנעות ממכשולים.

בכל המשימות הללו, האנשים עם הממשק הנוירו-פרוסטטי של AMI הצליחו ללכת מהר יותר -; בערך באותו קצב כמו אנשים ללא קטיעות -; ולנווט סביב מכשולים ביתר קלות. הם גם הראו תנועות טבעיות יותר, כמו הפניית אצבעות הרגליים של התותב כלפי מעלה בזמן עלייה במדרגות או דריכה מעל מכשול, והם היו מסוגלים יותר לתאם את תנועות האיבר התותב שלהם והאיבר השלם שלהם. הם גם הצליחו לדחוף מהקרקע באותה כמות כוח כמו מישהו ללא קטיעה.

"עם קבוצת ה-AMI, ראינו התנהגויות ביומימטיות טבעיות צצות", אומר הר. "הקבוצה שלא הייתה לה AMI, הם היו מסוגלים ללכת, אבל תנועות התותבות לא היו טבעיות, והתנועות שלהן היו בדרך כלל איטיות יותר".

התנהגויות טבעיות אלו הופיעו למרות שכמות המשוב החושי שסיפק ה-AMI הייתה פחות מ-20 אחוז ממה שהיה מתקבל בדרך כלל אצל אנשים ללא קטיעה.

"אחד הממצאים העיקריים כאן הוא שעלייה קטנה במשוב עצבי מהאיבר הקטוע שלך יכולה לשחזר שליטה עצבית ביונית משמעותית, עד לנקודה שבה אתה מאפשר לאנשים לשלוט באופן עצבי ישירות על מהירות ההליכה, להסתגל לשטח שונה ולהימנע ממכשולים. ", אומר שיר.

"עבודה זו מייצגת צעד נוסף בנו בהדגמה מה אפשרי במונחים של שיקום תפקוד בחולים הסובלים מפגיעה חמורה בגפיים. באמצעות מאמצים משותפים כגון זה אנו מסוגלים לעשות התקדמות מהפך בטיפול בחולים", אומר מתיו. קארטי, מנתחת בבית החולים בריגהם אנד נשים ופרופסור חבר בבית הספר לרפואה בהרווארד, שהוא גם מחבר המאמר.

הפעלת שליטה עצבית על ידי האדם המשתמש באיבר היא צעד לקראת מטרת המעבדה של הר "לבנות מחדש גופים אנושיים", במקום לגרום לאנשים להסתמך על בקרים וחיישנים רובוטיים מתוחכמים יותר ויותר -; כלים עוצמתיים אך אינם מרגישים חלק מגופו של המשתמש.

"הבעיה בגישה ארוכת הטווח היא שהמשתמש לעולם לא ירגיש מגולם עם התותבת שלו. הם לעולם לא יראו בתותבת כחלק מהגוף שלו, חלק מהעצמי", אומר הר. "הגישה שאנו נוקטים היא מנסה לחבר באופן מקיף את המוח של האדם לאלקטרומכניקה".

המחקר מומן על ידי מרכז MIT K. Lisa Yang לביוניקה, המכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ, מלגת מחקר רפואי של קרן החינוך הנוירוכירורגית, והמכון הלאומי לבריאות הילד והתפתחות האדם של יוניס קנדי ​​שריבר.

דילוג לתוכן