En naturtro protesearm

Mennesker, der har mistet en arm, har traditionelt ikke haft meget håb om nogensinde at genvinde en meningsfuld funktion. Armproteser er blevet styret på en rudimentær måde ved at transformere resterende skulderbevægelser eller muskelsignaler til de enkleste bevægelseskommandoer. Disse kunstige arme kan ikke gøre to ting på én gang, meget mindre tre eller fire. Amputerede smider dem ofte i skabet af ren og skær frustration, lidt stukket af, at benamputerede har langt bedre produkter til rådighed for dem.

En bionisk arm: Efter at have gennemgået en ny kirurgisk procedure, kan Claudia Mitchell kontrollere en armprotese, ligesom hun engang kontrollerede sin rigtige arm, og udføre komplekse bevægelser såsom at samle små genstande op og tabe dem i en kop.

Men situationen begynder at ændre sig, takket være et team ledet af Todd Kuiken, direktør for Rehabilitation Institute of Chicagos Center for Bionic Medicine. Kuiken har udviklet en ny kirurgisk teknik, der, når den parres med både motoriserede protesearme, der allerede er på markedet, og eksperimentelle bioniske arme udviklet gennem et Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) program, giver amputerede en bemærkelsesværdig grad af fingerfærdighed. Claudia Mitchell, der mistede sin arm i et motorcykelvrag i 2004, husker, at hun tog en protese på efter at have gennemgået Kuikens procedure og så det virke for første gang: Du kunne ikke tørre det grin af mit ansigt. Jeg kan nu stryge en skjorte igen som ingens sag. Mitchell er blevet et hit til fester. Folk kan ikke tro, hvordan den her ting fungerer, siger hun. De vil se mig gøre ting med det.

Denne historie var en del af vores maj 2009-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Enheden aktiveres af kommandoer fra overlevende armnerver, der er blevet transplanteret og omkoblet til muskler andre steder - typisk, som i Mitchells tilfælde, i brystet. Nerverne sender elektriske signaler for at kontrollere protesearmen, med resultater så naturlige, at observatører ofte ikke indser, at armen er bionisk, før de lytter nøje efter lyden af ​​hvirvlende motorer. Kaldet målrettet muskelreinnervation, proceduren er unik, fordi den tillader intuitiv kontrol over robotlemmet. Efter omkring seks måneders heling kan patienter bevæge armen blot ved at tænke på, hvad de vil have den til at gøre, ligesom de engang gjorde med deres rigtige arme. Fortæl Mitchell Bøj din arm, og musklerne i hendes bryst vipper øjeblikkeligt – et højst ejendommeligt syn. Men hun tænker ikke på at flytte sine brystmuskler. Hun tænker snarere på at bøje sin arm, og den tanke bevæger brystmusklerne for at få robotarmen til at gøre hendes bud.

Kuiken offentliggjorde for nylig lovende testresultater i Journal of American Medical Association , der viser, at fem patienter, der blev bedt om at udføre 10 forskellige armbevægelser med en virtuel protese, kunne gøre det næsten lige så let som ikke-amputerede i en kontrolgruppe: deres responstid var mindre end et kvart sekund længere. (Den virtuelle protese giver forskerne mulighed for lettere at finde ud af hastigheden og niveauet af kontrol, der kan hentes ud fra muskelsignaler. Forskere udførte lignende eksperimenter med mekaniske arme.) I en ledsagende leder skrev den banebrydende biomedicinske ingeniør Gerald Loeb, The speed as samt nøjagtigheden af ​​bevægelserne repræsenterer væsentlige forbedringer i forhold til tidligere systemer. Endnu vigtigere er dog den lethed, hvormed patienter lærte at udføre opgaver, der kræver koordineret bevægelse i mere end ét led. Han konkluderede: Med stigende funktionelle evner kan patienter med amputationer i øvre ekstremiteter drage ekstraordinær fordel af armproteser, ligesom legioner af patienter med amputationer i nedre ekstremiteter nu fører bemærkelsesværdigt normale og endda atletiske liv. (Benproteser har været længere fremme i udviklingen, fordi der er et større marked for dem: 90 procent af de amputerede har mistet underekstremiteterne. Desuden kræver ben ikke så meget fingerfærdighed som arme.)

Rejsen fra den første konsultation i Chicago til fuld funktionalitet – f.eks. evnen til at skære en citron i skiver med protesehånden, mens du holder den med en naturlig hånd – tager ofte et år eller længere. Patienterne gennemgår først en to-timers operation udført af Greg Dumanian, en plastik- og håndkirurg fra Chicago, som har arbejdet tæt sammen med Kuiken i udviklingen af ​​proceduren. Dumanian identificerer den overlevende del af nerverne, der tidligere førte elektriske signaler fra rygmarven til det tabte lem; så overfører han dem til musklerne i brystet eller overarmen. Den nerve, der normalt ville få hånden til at lukke, kan for eksempel overføres til en del af brystmusklen. (Den nøjagtige procedure varierer afhængigt af patientens skader.) Når robotarmen er på plads, registrerer en elektrode på brystet sammentrækninger i denne muskel og sender signalet til protesen. Protesen er programmeret til at fortolke det signal som en kommando om at lukke hånden, og handlingen finder typisk sted mindre end et halvt sekund efter, at brystmusklen bevæger sig.

De eksperimentelle bioniske arme er også programmeret med mønstergenkendelsesalgoritmer til at dechifrere den hurtige række af nervesignaler, der styrer hånd- og håndledsbevægelser. De mere end 30 patienter, der har fået indgrebet, fortæller, at de nemt kan snitte peberfrugter, åbne en pose mel, tage et bælte på, betjene et målebånd eller fjerne en ny tennisbold fra en beholder.

Blandt flere eksperimentelle tilgange til forbedring af armproteser, herunder overførsel af nerver direkte til en protese og afkodning af bevægelsessignaler direkte fra hjernen, er Kuikens teknik den, der har gjort størst fremskridt. Førstnævnte er endnu ikke testet på mennesker, og sidstnævnte anses i øjeblikket for at være for farligt for de fleste patienter, da det kræver hjernekirurgi. Kuiken siger, at han ser målrettet reinnervation som en hurtigere og mere praktisk måde at genoprette vigtige funktioner på. (Hans tilgang vil dog ikke hjælpe quadriplegics, fordi nerverne skal være intakte for at proceduren kan virke.) Indtil videre udføres proceduren kun på Kuikens genoptræningscenter; i igangværende undersøgelser tilbyder centret det til enhver patient, for hvem det anses for medicinsk passende.

Selvom den er avanceret, mangler den eksperimentelle protese stadig en hovedfunktion: sansning. Hvis Mitchell skulle placere sin bioniske hånd på en varm pande, ville hun ikke have nogen mulighed for at kende dens temperatur. Det er mere kompliceret at give protesen sanseevner svarende til dem i et rigtigt lem end at genoprette bevægelsen. Men det er ikke umuligt. Mens Kuikens procedure fokuserer på at bevæge motoriske nerver, som leder nervesignaler fra hjernen til musklerne, ser det ud til, at sensoriske nerver, som bærer signaler fra huden til hjernen, også er påvirket. Patienter, inklusive Mitchell, har rapporteret, at når visse områder af deres omkoblede brystmuskler berøres, føler de det, som om deres manglende hånd bliver rørt. Placer en isterning på brystet, og en fantomhånd bliver kold.

Kuiken, Loeb og andre studerer måder, hvorpå den bioniske arm kan gøre brug af denne sensoriske information. Til at begynde med har de brug for sensorer, der kan modstå fugt, varme og de andre fysiske begivenheder i dagligdagen. De bliver derefter nødt til at levere den sensoriske information til bæreren.

Men det, der står klart nu, er, at der for første gang er en brugbar armprotese i syne. Vi forsøger ikke at lave en bionisk person, der kan springe over høje bygninger og samle biler op, siger Kuiken. Vi forsøger at lave noget, der genopretter en brøkdel af den utrolige funktion og kraft og effektivitet af et menneskeligt lem. For armamputerede som Claudia Mitchell betyder det at få en chance, som benamputerede har haft i årevis.

Michael Rosenwald er medarbejderskribent på Washington Post .

skjule