حس بخشیدن به اندام‌های مصنوعی با پیوند عضلانی

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از گیزمگ، امروزه با پیشرفت در عرصه فناوری اندام‌های مصنوعی، دیگر خبری از قلاب‌های دستی و پایی نیست اما با وجود تمامی این پیشرفت‌ها، هنوز هم دانشمندان نتوانسته‌اند حس لامسه واقعی را به اندام‌های مصنوعی ببخشند. محققان MIT برای این منظور از نوعی فناوری جراحی جدید استفاده کرده‌اند که در آن، از اعصاب موجود و پیوندهای عضلانی برای برقراری حس به اندام‌های مصنوعی استفاده می‌شود.

وقتی اندامی قطع می‌شود، اولویت کار جراح برداشتن قسمت آسیب‌دیده و مرتب کردن عضلات، استخوان‌ها، عروق خونی و اعصاب داخل بسته‌ای پایدار است که بتواند به خوبی درمان شود. جراحان اندام مصنوعی را به این بسته متصل می‌کنند که پیشرفت قابل ملاحظه‌ای روی ماهیچه‌های برقی، رابط‌های دستگاهی- مغزی و رباتیک به عنوان راهی برای کنترل اندام‌های مصنوعی خواهد داشت و حتی چیزی شبیه حس لامسه به این اندام‌ها می‌دهد.

طبق گفته محققان MIT، حس بخشیدن به اندام مصنوعی به درک موقعیت این اندام در فضا و درک مقدار نیروی وارد شده بر آن کمک می‌کند. در یک اندام زنده، دوک‌های عضلانی در داخل ماهیچه و تاندون‌ها که کمی شبیه فشارسنج عمل می‌کنند، به مغز کمک می‌کنند عضلاتی را که در برابر یکدیگر کار می‌کنند را حس کنند. بیشتر عضلات اندام‌ها نه به طور انفرادی، بلکه به صورت جفت کار نمی‌کنند. به عنوان مثال، برای استفاده از عضلات خم‌کننده پا، باید عضلاتی بازشونده هم وجود داشته باشد تا باز شود و ماهیچه را از کشیدگی خارج کند.

تعادل میان اینها، به اندام‌ها امکان می‌دهد که به نرمی و با دقت بالا حرکت کنند، در حالی که دوک‌ها، سیگنال‌هایی را به مغز ارسال می‌کنند که به آن رابطه آگونیست و آنتاگونیست (مخالف و موافق) می‌گویند. اما در قطع عضو، ماهیچه‌ها معمولا توانایی حس خود را از دست می‌دهند و کاربری که از یک اندام مصنوعی استفاده می‌کند باید از چشم‌های خود برای مشاهده موقعیت مکانی اندام مصنوعی خود و کاری را که انجام می‌دهد، استفاده کند.

محققان این رابطه ماهیچه‌ای آگونیست و آنتاگونیست (مخالف و موافق) را با استفاده از اعصاب موجود در اندام‌ها و اتصال آنها به بافت ماهیچه‌ای به اندازه 4 در 1/5 سانتی‌متر برقرار می‌کنند. این بافت عضلانی از قسمت‌هایی از بدن جدا و به بسته‌ای برای برقراری دوباره رابطه آگونیست و آنتاگونیست متصل می‌شود.

مغز قادر است سیگنال‌هایی را به یک جفت اندام ارسال کند و زمانی که یک ماهیچه منقبض می‌شود، اندام دیگر منبسط می‌شود. این حالت، بازخوردی را ایجاد می‌کند که به بیمار امکان درک حرکت و نوع کار کردن اندام را می‌دهد. محققان پس از آن، نوعی سیستم کنترلی ایجاد کردند که به ترجمه سیگنال‌های عصبی با استفاده از میکروپردازشگرها کمک می‌کند تا اندام مصنوعی را بهتر کنترل و حس بیشتری را تجربه کند.

وقتی بیمار حرکت اندام مصنوعی را تصور می‌کند، سیگنال‌هایی از طریق اعصاب پیوند شده در فرآیند جراحی به جفت‌های عضلانی ساخته شده، ارسال می‌شود. الکترودهای ماهیچه‌ای کاشته‌شده نیز این سیگنال‌ها را حس می‌کنند و از آن برای کنترل موتورهای مصنوعی در اندام‌های مصنوعی خارجی استفاده می‌کنند.

تصور ما بر این است که چون مغز ما در نقشه‌کشی مجدد بسیار خوب عمل می‌کند، سریع متوجه می‌شود که هر کدام از پیوندهای ماهیچه‌ای را برای کنترل طبیعی اندام مصنوعی به چه مقدار منقبض کند. این فناوری روی هر اندام مصنوعی قابل استفاده است.

مترجم: ندا اظهری