Neurorobotische prothese geeft geamputeerden gevoel terug

Een nieuwe biometrische arm geeft patiënten met een bovenarmamputatie gevoel terug in hun arm. Dankzij sensoren kunnen gebruikers bewegingen en aanrakingen ervaren. Dit maakt onder meer natuurlijkere bewegingen mogelijk.

De biometrische arm is ontwikkeld door een onderzoeksteam onder leiding van van de Cleveland Clinic. Zij willen patiënten met een bovenarmamputatie met behulp van prothese meer in staat stellen te denken, te handelen en functioneren als een persoon zonder amputatie. De neurorobotische prothetische arm combineert hiervoor een drietal functies: intuïtieve aansturing van motoren, aanrakingen en ‘gripkinethesie’. Deze laatste term omschrijft het intuïtieve gevoel van het openen of sluiten van de hand.

Intuïtiever bewegen

Paul Marasco, dokter en universitair hoofddocent bij Cleveland Clinic Lerner Research Institute’s Department of Biomedical Engineering, leidt het onderzoeksteam. Ook onderzoekers van de Universiteit van Alberta en de Universiteit van New Brunswick zijn betrokken. “We hebben een standaardprothese aangepast met dit complexe bionische systeem dat dragers in staat stelt tot het intuïtiever bewegen van hun armprothese en tegelijkertijd voelen van aanrakingen of bewegingen”, legt Marasco uit.

De universitair hoofddocent spreekt een belangrijke stap richting het bieden van volledig herstel van de natuurlijk armfunctie voor mensen met een amputatie.

Neural-machine interface

Het systeem maakt gebruik van een neural-machine interface, die de verschillende functies en aansturing van de prothese aanstuurt. Deze interface is verbonden met de zenuwen van de geamputeerde arm. De patiënt kan hierdoor zenuwimpulsen vanuit de hersenen naar de armprothese sturen. Dit maakt het bedienen en bewegen van de prothese mogelijk. Ook kan de prothese fysieke informatie uit hun omgeving via de interface ontvangen en via het zenuwstelsel terugkoppelen aan de hersenen.

De onderzoekers wijzen op de bidirectionele feedback en de aansturing die de neurorobotische prothese. Patiënten kunnen hierdoor taken uitvoeren met een nauwkeurigheid vergelijkbaar met die van mensen zonder amputatie. “Waar we wellicht het meest enthousiast over zijn is dat deelnemers beoordelingen maken en beslissingen nemen, bewegingen berekenen en fouten corrigeren vergelijkbaar met een persoon zonder amputatie”, zegt dokter Marasco.

Grote verschillen

“Met het nieuwe bionische ledemaat gedragen mensen zich alsof zij een natuurlijke hand hebben. Normaal zijn er grote verschillen tussen het hersengedrag van mensen met en zonder een prothese voor een bovenste ledemaat.” Deze verschillen ontstaan bijvoorbeeld door het ontbreken van gevoel in ledematen. Patiënten moeten hierdoor bij routinematige bewegingen voortdurend naar hun prothese kijken.

De prothese is getest op twee patiënten met een bovenarmamputatie die eerder ’targeted sensory and motor reinnervation’ ondergingen. Dit zijn procedures waarbij een neuraal-machine interface wordt opgezet door het verbinden van geamputeerde zenuwen met overgebleven huid en spieren. Indien de patiënt denkt aan het bewegen van een ledemaat communiceren deze zenuwen met een daarvoor geprepareerde prothese, die vervolgens op dezelfde manier kan bewegen. Kleine robots zorgen tegelijkertijd voor vibraties in receptoren in dezelfde ‘gereïnnerveerde spieren’. Dit geeft de patiënt het gevoel dat de hand en arm bewegen.

In de onderstaande video lichten de onderzoekers de prothese toe.

Auteur: Wouter Hoeffnagel