چیزی که ساده است چیدن یک فنجان چای نیاز به عمل بسیار زیادی از بدن شما دارد. ماهیچه های بازوی شما برای حرکت دادن دست خود به سمت فنجان آتش می گیرند. عضلات انگشتان شما برای باز کردن دست خود، سپس انگشتان خود را در اطراف دسته قرار دهید. ماهیچه های شانه ای خود را باز نگه دارید تا از شانه هایتان بیرون بیاید و عضلات اصلی شما اطمینان حاصل کند که به دلیل وزن اضافی فنجان، شما را نپوشاند. تمام این عضلات باید با شیوه ای دقیق و هماهنگ آتش بگیرند، اما تنها تلاش آگاهانه شما این اندیشه است: "من می دانم: چای!"
به همین دلیل است که اندام فلج شده را مجددا حرکت می دهد بسیار دشوار است. بیشتر عضلات فلج ممکن است هنوز کار کنند، اما ارتباط آنها با مغز از بین رفته است، بنابراین آنها دستورالعمل برای آتش نمی گیرند. ما هنوز نمی توانیم آسیب به نخاع را برطرف کنیم، بنابراین یک راه حل این است که آن را دور بزنیم و دستورالعمل های مصنوعی را به عضلات ارائه دهیم. و با تشکر از توسعه فن آوری برای خواندن و تفسیر فعالیت مغز، این دستورالعمل ها می تواند یک روز مستقیم از ذهن بیمار است.
ما می توانیم عضلات فلج را با تحریک آنها با الکترود های داخل عضلات یا اطراف اعصاب که آنها را تامین می کنند، تکنیک معروف تحریک الکتریکی کارکردی (FES). همچنین کمک به حرکت به سوی افراد فلج شده، همچنین برای بازگرداندن عملکرد مثانه، تولید سرفه مؤثر و تسکین درد استفاده می شود. این یک تکنولوژی جذاب است که می تواند تفاوت زیادی را در زندگی افراد مبتلا به آسیب نخاعی ایجاد کند.
دیمیترا بلانا و همکارانش در Keele در حال کار بر روی چگونگی مطابقت با این تکنولوژی با مجموعه پیچیده کار می کنند دستورالعمل های مورد نیاز برای استفاده از یک دست. اگر می خواهید این فنجان چای را انتخاب کنید، چه عضلات باید آتش بگیرند، چه زمانی و چه مقدار؟ دستورالعمل های شلیک پیچیده است، و نه فقط به دلیل تعداد زیادی از عضلات هسته، شانه، بازو و انگشت درگیر است. همانطور که به آرامی چای خود را می نوشید، این دستورالعمل تغییر می کند، زیرا وزن فنجان تغییر می کند. برای انجام کاری متفاوت، مثل نوشتن بینی، دستورالعمل ها کاملا متفاوت هستند.
به جای اینکه فقط تلاش کنید الگوهای مختلف شلیک در عضلات فلج شده در امید پیدا کردن یکی از آن ها کار کنید، می توانید از آن استفاده کنید مدل های کامپیوتری سیستم اسکلتی عضلانی برای محاسبه آنها. این مدل ها توصیف ریاضی این است که چگونه ماهیچه ها، استخوان ها و مفاصل در طی حرکت حرکت می کنند و در آن عمل می کنند. در شبیه سازی، شما می توانید عضلات را قوی تر یا ضعیف تر، "فلج" و یا "خارج تحریک". شما می توانید الگوهای شلیک مختلف را به سرعت و با خیال راحت تست کنید، و شما می توانید مدل های خود را دوباره برگردانید - بعضی اوقات با موفقیت بیشتر از دیگران.
مدل سازی عضلات
برای تست فن آوری، تیم Keele در حال کار با آن است کلیولند FES مرکز در ایالات متحده، جایی که آنها ایمپلنت می کنند تا الکترودهای 24 به عضلات و اعصاب شرکت کنندگان در تحقیق. آنها از مدل سازی برای تعیین محل الکترود استفاده می کنند؛ زیرا در سیستم های FES فعلی عضلات فلج بیشتر از الکترودها وجود دارد.
اگر شما مجبورید انتخاب کنید، بهتر است که زیرکپولاریس یا supraspinatus را تحریک کنید؟ اگر عصب زیر بغل را تحریک می کنید، آیا باید قبل یا بعد از شاخه به الکتریسیته قرار دهید؟ برای پاسخ به این سوالات دشوار آنها شبیه سازی ها را با مجموعه های مختلف الکترودها اجرا می کنند و یکی را انتخاب کنید که به مدل های رایانه ای اجازه می دهد تا موثر ترین حرکات را انتخاب کنید.
{youtube} 1GKfWow6aFA {youtube}
در حال حاضر تیم بر روی شانه کار می کند، که توسط یک گروه از عضلات به نام روتاتور کاف تثبیت شده است. اگر دستورالعمل های شلیک برای بازو را اشتباه دریافت کنید، ممکن است به جای چاقوی کره ای برای قاشق سوپ رسوب کنید. اگر دستورالعمل ها را به اشتباه کاف روتاتور برسانید، بازو می تواند از شانه خارج شود. این یک نگاه خوب برای مدل های کامپیوتری نیست، اما آنها شکایت نمی کنند. شرکت کنندگان در تحقیق کمتر عفو می کنند
دانستن چگونگی فعال کردن عضلات فلج شده برای تولید حرکات مفید مانند گرفتن، تنها نیمی از مشکل است. ما همچنین باید بدانیم زمانی که فعال کردن عضلات، مثلا زمانی که کاربر میخواهد یک شی را انتخاب کند. یک امکان این است که این اطلاعات را مستقیما از مغز بخوانید. به تازگی، محققان در ایالات متحده ایمپلنت برای گوش دادن به سلول های فردی در مغز یک فرد فلج شده استفاده می کند. از آنجا که حرکات مختلف با الگوهای مختلف فعالیت مغز مرتبط است، شرکت کننده قادر به انتخاب یکی از شش حرکت پیش برنامه ریزی شده بود که سپس با تحریک عضلات دست ساخته شد.
خواندن مغز
این یک گام هیجان انگیز برای زمینه پروتز عصبی بود، اما چالش های زیادی باقی می ماند. ایمن سازی مغز به طور ایده آل برای چندین دهه نیاز است - در حال حاضر سخت است که سیگنال های مشابه را حتی چندین هفته ضبط کنیم، بنابراین این سیستم ها باید مرتبا دوباره مرتب شوند. استفاده كردن طرح های ایمپلنت جدید or سیگنال های مختلف مغز ممکن است ثبات درازمدت را بهبود بخشد.
همچنین ایمپلنت ها فقط به تعداد کمی از میلیون ها سلول که اندام های ما را کنترل می کنند گوش می دهند، بنابراین محدوده حرکاتی که می توان آنها را خواند، محدود است. با این حال، کنترل مغز از اندامهای روباتیک با چند درجه آزادی (حرکت، چرخش و درک) به دست آمده است و توانایی های این فن آوری به سرعت در حال پیشرفت است.
در نهایت، حرکات صاف و بدون درد که ما معمولا به صورت دلخواه به دست می آوریم، توسط بازخورد حسی غریبی هدایت می شود که به ما می گوید که بازوهای ما در فضا هستند و زمانی که نوک انگشتان ما لمس اشیاء می شوند. با این حال، این سیگنال همچنین می تواند پس از آسیب از دست داده است محققان کار می کنند بر روی ایمپلنت مغز که ممکن است روزی احساس و حرکت را بازگرداند.
برخی از دانشمندان حدس می زنند که فناوری خواندن مغز می تواند به افرادی که توانایی کار دارند می تواند به طور موثر با کامپیوترها، تلفن های همراه و حتی به طور مستقیم به مغز دیگر. با این حال، این موضوع به حوزه علمی تخیلی باقی مانده است در حالی که کنترل مغز برای برنامه های پزشکی به سرعت در حال تبدیل شدن به واقعیت بالینی است.
درباره نویسنده
دیمیترا بلانا، عضو هیئت علمی مهندسی پزشکی، دانشگاه کیلی
اندرو جکسون، محقق ارشد پژوهشی Wellcome Trust، دانشگاه نیوکاسل
این مقاله در اصل در تاریخ منتشر شد گفتگو. دفعات بازدید: مقاله.
کتاب های مرتبط
at InnerSelf Market و آمازون
