Περίληψη:

Μια νεοφυής εταιρεία, η Phantom Neuro, αναπτύσσει ένα εμφύτευμα που τοποθετείται κάτω από το δέρμα και επιτρέπει σε ακρωτηριασμένους να ελέγχουν τα προσθετικά τους μέλη χρησιμοποιώντας απλά τη σκέψη τους. Σε σύγκριση με τα υπάρχοντα μυοηλεκτρικά προσθετικά, η τεχνολογία αυτή στοχεύει να βελτιώσει την ταχύτητα ανταπόκρισης και την ακρίβεια των κινήσεων, προσφέροντας ένα φυσικότερο εύρος χειρονομιών και μειώνοντας τις καθυστερήσεις.

Τα πρώτα αποτελέσματα με φορητούς αισθητήρες, προτού δοκιμαστούν εμφυτεύσιμες εκδόσεις, έδειξαν υψηλά ποσοστά ακρίβειας και ταχύτητας. Αν επιτύχει, η μέθοδος αυτή θα δώσει στους χρήστες πιο λειτουργικά προσθετικά άκρα, χωρίς τον αυξημένο κίνδυνο ή την πολυπλοκότητα που σχετίζεται με επεμβάσεις στον εγκέφαλο.

Κύρια Σημεία:

• Καινοτόμο εμφύτευμα κάτω από το δέρμα: Η Phantom Neuro αναπτύσσει ένα λεπτό και εύκαμπτο εμφύτευμα που τοποθετείται στους μύες, επιτρέποντας πιο ακριβή έλεγχο προσθετικών μελών.
• Φυσικότερος έλεγχος κινήσεων: Το σύστημα επιτρέπει μια ευρύτερη και πιο φυσική γκάμα χειρονομιών, μειώνοντας τις καθυστερήσεις και προσφέροντας άμεση ανταπόκριση στην πρόθεση κίνησης.
• Υψηλή ακρίβεια: Σε δοκιμές με φορητούς αισθητήρες, οι συμμετέχοντες πέτυχαν ακρίβεια 93,8% κατά μέσο όρο σε 11 διαφορετικές κινήσεις του καρπού και του χεριού.
• Αποφυγή εγκεφαλικών επεμβάσεων: Η λύση δεν απαιτεί εμφύτευση στον εγκέφαλο, περιορίζοντας τους κινδύνους και την πολυπλοκότητα των χειρουργείων.
• Κλινικές δοκιμές στο μέλλον: Η εταιρεία σκοπεύει να ξεκινήσει κλινικές δοκιμές με το εμφυτεύσιμο σύστημα το 2025, στοχεύοντας στη βελτίωση της ποιότητας ζωής των ακρωτηριασμένων.

Αναλυτικά το άρθρο:

Η νεοφυής επιχείρηση Phantom Neuro αναπτύσσει ένα εμφύτευμα που τοποθετείται κάτω από το δέρμα και υπόσχεται να προσφέρει σε ακρωτηριασμένους ακριβέστερο έλεγχο ηλεκτρονικών προσθετικών μελών. Ο Άλεξ Σμιθ ήταν 11 ετών όταν έχασε το δεξί του χέρι το 2003.

Ένας μεθυσμένος οδηγός σκάφους συγκρούστηκε με το σκάφος της οικογένειάς του στη λίμνη Όστιν, ρίχνοντάς τον στο νερό. Χτύπησε σε μια προπέλα και το χέρι του αποκόπηκε.

Ένα χρόνο αργότερα, απέκτησε ένα μυοηλεκτρικό χέρι, ένα είδος προσθετικού που τροφοδοτείται από ηλεκτρικά σήματα των μυών του υπολοίπου άκρου. Όμως, ο Σμιθ μετά βίας το χρησιμοποιούσε, γιατί ήταν «πολύ, πολύ αργό» και είχε περιορισμένο εύρος κινήσεων. Μπορούσε να ανοίξει και να κλείσει το χέρι, αλλά όχι πολλά άλλα. Δοκίμασε και άλλα ρομποτικά χέρια με τα χρόνια, αλλά αντιμετώπιζε παρόμοια προβλήματα.

«Απλώς δεν είναι πολύ λειτουργικά», λέει. «Υπάρχει μια τεράστια καθυστέρηση μεταξύ της εκτέλεσης μιας ενέργειας και της αντίδρασης του προσθετικού μέλους. Στην καθημερινότητά μου, ήταν πιο γρήγορο να βρω άλλους τρόπους να κάνω πράγματα».

Πρόσφατα, δοκιμάζει ένα νέο σύστημα από την εταιρεία Phantom Neuro, με έδρα στο Όστιν, που έχει τη δυνατότητα να προσφέρει πιο ρεαλιστικό έλεγχο των προσθετικών άκρων. Η εταιρεία κατασκευάζει ένα λεπτό, εύκαμπτο μυϊκό εμφύτευμα για να επιτρέψει σε ακρωτηριασμένους να πραγματοποιούν ένα ευρύτερο, πιο φυσικό φάσμα κινήσεων απλά σκεπτόμενοι τις χειρονομίες που θέλουν να κάνουν.

«Ελάχιστοι άνθρωποι χρησιμοποιούν ρομποτικά μέλη, κυρίως λόγω του απαράδεκτου συστήματος ελέγχου τους», λέει ο Κόνορ Γκλας, διευθύνων σύμβουλος και συνιδρυτής της Phantom Neuro.

Σε δεδομένα που μοιράστηκαν αποκλειστικά με το WIRED, 10 συμμετέχοντες σε μια μελέτη της Phantom χρησιμοποίησαν μια φορητή έκδοση των αισθητήρων της εταιρείας για να ελέγξουν ένα ήδη εμπορικά διαθέσιμο ρομποτικό χέρι, επιτυγχάνοντας μέση ακρίβεια 93,8% σε 11 κινήσεις χεριού και καρπού. Ο Σμιθ ήταν ένας από τους συμμετέχοντες, ενώ οι άλλοι εννέα ήταν υγιείς εθελοντές—κάτι συνηθισμένο στις πρώτες μελέτες προσθετικών. Η επιτυχία αυτής της μελέτης ανοίγει το δρόμο για δοκιμές με εμφυτεύσιμους αισθητήρες στο μέλλον.

Τα σημερινά μυοηλεκτρικά προσθετικά, όπως αυτά που έχει δοκιμάσει ο Σμιθ, “διαβάζουν” ηλεκτρικούς παλμούς από ηλεκτρόδια στην επιφάνεια του ακρωτηριασμένου τμήματος του χεριού. Τα περισσότερα ρομποτικά προσθετικά έχουν δύο ηλεκτρόδια. Όταν ένα άτομο κάνει μια κίνηση, οι μύες συσπώνται. Αυτές οι συσπάσεις εξακολουθούν να συμβαίνουν σε έναν ακρωτηριασμένο βραχίονα. Τα ηλεκτρόδια ανιχνεύουν τα ηλεκτρικά σήματα από αυτές τις συσπάσεις, τα ερμηνεύουν και ενεργοποιούν κινήσεις στο προσθετικό μέλος. Αλλά τα επιφανειακά ηλεκτρόδια δεν συλλαμβάνουν πάντα σταθερά σήματα, καθώς μπορεί να γλιστρήσουν ή να μετακινηθούν, μειώνοντας την ακρίβειά τους σε πραγματικές συνθήκες.

Υπάρχει επίσης περιορισμένο εύρος κινήσεων. Επιπλέον, για να ελέγξει κάποιος αυτές τις κινήσεις, συχνά πρέπει να εκτελέσει κινήσεις που δεν συσχετίζονται άμεσα με το αποτέλεσμα που επιθυμεί. Για παράδειγμα, μπορεί να χρειαστεί να λυγίσει τον καρπό προς τα κάτω για να πετύχει κίνηση τσιμπήματος με το προσθετικό χέρι. Το τρέχον προσθετικό του Άλεξ μπορεί να εκτελέσει περίπου 20 χειρονομίες, αλλά μπορεί να προγραμματίσει μόνο 4 ταυτόχρονα. Πρέπει να αλλάζει διαδοχικά από τη μία κίνηση στην άλλη, χωρίς να μπορεί να μεταπηδήσει άμεσα από την κίνηση Α στην κίνηση Δ.

Σε μια έρευνα του 2020 σε ακρωτηριασμένους άνω άκρου, το 20,7% χρησιμοποιούσε μυοηλεκτρικές προθέσεις, ενώ το 74,4% χρησιμοποιούσε προσθετικά που κινούνται με σωματική δύναμη (με γάντζους που ανοίγουν και κλείνουν μέσω κίνησης του σώματος και συστήματος τροχαλίας). Δεν υπήρχαν διαφορές στην ικανοποίηση μεταξύ των τύπων προσθετικών, και από αυτούς που χρησιμοποιούσαν μυοηλεκτρικά, το 44% τελικά τα εγκατέλειψε.

Η Phantom στοχεύει να συνδεθεί απευθείας με τους μύες για πιο φυσικό έλεγχο, αλλά έπρεπε πρώτα να δοκιμάσει μια φορητή έκδοση του αισθητήρα της πριν εμφυτεύσει τη συσκευή σε εθελοντές. Αν και η φορητή έκδοση απέδωσε καλά, ο Γκλας λέει πως δεν είναι ιδανική για καθημερινή χρήση. Όπως και στα υπάρχοντα προσθετικά, μπορεί να γλιστρήσει, επηρεάζοντας την ακρίβεια. Γι’ αυτό οι φορητές συσκευές πρέπει να επαναβαθμίζονται συχνά. Ένα εμφύτευμα θα είναι πιο αξιόπιστο και μπορεί να επιτύχει ακόμη υψηλότερη ακρίβεια αφού δεν θα χρειάζεται να “διαβάζει” τα ηλεκτρικά σήματα μέσα από το δέρμα. Ο Γκλας φαντάζεται ότι το εμφύτευμα θα εισάγεται μέσω μιας μικρής τομής και θα τοποθετείται κάτω από το δέρμα.

«Ανιχνεύουμε την ηλεκτρική δραστηριότητα απευθείας από την επιφάνεια του μυός», εξηγεί. Η πρόθεση κίνησης ξεκινά από τον εγκέφαλο, ο οποίος στέλνει ηλεκτρικά σήματα μέσω των περιφερειακών νεύρων, ώστε ο μυς να συσταλεί. Στους ακρωτηριασμένους, αυτά τα νευρικά μονοπάτια παραμένουν άθικτα.

Στη φορητή μελέτη, ο Σμιθ και οι άλλοι συμμετέχοντες είχαν μια ωριαία συνεδρία εκπαίδευσης με την τεχνολογία και επέστρεψαν μια δεύτερη μέρα για τη δοκιμή. Μετά από 10 λεπτά βαθμονόμησης του αλγορίθμου, ζητήθηκε από τους συμμετέχοντες να εκτελέσουν 11 χειρονομίες — συμπεριλαμβανομένων της ανοιχτής παλάμης, της κλειστής γροθιάς, της κίνησης τσιμπήματος, του «μπράβο», της κίνησης με δείκτη, της «κλικ» κίνησης με τον δείκτη, της περιστροφής του καρπού προς τα μέσα και προς τα έξω — πολλές φορές η καθεμιά, ενώ το λογισμικό της Phantom μάθαινε και αποκωδικοποιούσε τα μυϊκά σήματα σε πραγματικές κινήσεις. Για τους υγιείς συμμετέχοντες, το ρομποτικό χέρι μιμούνταν τις χειρονομίες τους. Για τον Σμιθ, το προσθετικό εκτελούσε τις κινήσεις που εκείνος απλώς σκεφτόταν. «Ήταν η πιο εντυπωσιακή εμπειρία», λέει.

Οι συμμετέχοντες φορούσαν δύο λεπτούς αισθητήρες, καθένας με 16 ηλεκτρόδια. Η ακρίβεια στην αποκωδικοποίηση των χειρονομιών κυμάνθηκε από 84,8% έως 98,4%, ενώ η καθυστέρηση —ο χρόνος από την ανίχνευση του σήματος μέχρι την εκτέλεση της χειρονομίας— ήταν κάτω από 200 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Ο φυσιολογικός ανθρώπινος χρόνος απόκρισης, δηλαδή η καθυστέρηση μεταξύ της άφιξης του νευρικού σήματος στον μυ και της κίνησης του μυός, είναι περίπου 100 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

«Η ταχύτητα με την οποία επιτυγχάνουν αυτές τις ακρίβειες είναι τεράστια», λέει ο Πολ ΜαρΑΣΚΟ, νευροεπιστήμονας στην Κλινική του Κλίβελαντ, ο οποίος μελετά φυσιολογική αφή και κίνηση για τεχνητά άκρα και δεν συμμετείχε στο έργο της Phantom. «Όσο πιο γρήγορα μπορείς να το κάνεις, τόσο καλύτερα, και τόσο πιο φυσική μπορεί να είναι η εμπειρία».

Ορισμένες εταιρείες αναπτύσσουν εμφυτεύματα εγκεφάλου που θα επιτρέπουν σε παράλυτα άτομα να ελέγχουν προσθετικά μέλη με τη σκέψη τους. Αυτά τα συστήματα, γνωστά ως διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή, διαβάζουν και αποκωδικοποιούν σήματα στον εγκέφαλο. Η startup Neuralink του Έλον Μασκ ανακοίνωσε τον περασμένο μήνα ότι ξεκινά μια μελέτη για να εξετάσει αν το εμφύτεμά της μπορεί να επιτρέψει στους συμμετέχοντες να ελέγξουν άμεσα ένα ρομποτικό χέρι.

Ο Τζέφρι Λινγκ, τεχνικός σύμβουλος της Phantom και ιδρυτικός διευθυντής του Γραφείου Βιολογικών Τεχνολογιών της DARPA, λέει ότι τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα ενέχουν περισσότερους κινδύνους και πρέπει να έχουν πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής, ώστε οι ασθενείς να μην χρειάζεται να υποβάλλονται σε πολλαπλές επεμβάσεις. «Τα περιφερειακά νεύρα είναι πολύ ελκυστικά γιατί είναι ελάχιστα επεμβατικά», σημειώνει. Η Phantom θεωρεί ότι το εμφύτευμά της θα μπορούσε να τοποθετηθεί σε μια εξωτερική διαδικασία χωρίς την ανάγκη εξειδικευμένου χειρουργού.

Η Phantom σκοπεύει να ξεκινήσει κλινική δοκιμή για την εμφυτεύσιμη έκδοση, που θα περιλαμβάνει ακρωτηριασμένους άνω άκρου, το 2025. Ο Σμιθ ελπίζει να συμμετάσχει στη μελέτη. Εάν η τεχνολογία της Phantom φτάσει στην αγορά, θα μπορούσε να βοηθήσει άτομα όπως αυτόν να εκτελούν καθημερινές εργασίες πιο εύκολα. «Πιστεύω ότι αυτό θα φέρει επανάσταση», λέει.

Πηγή:  Muscle Implants Could Allow Mind-Controlled Prosthetics—No Brain Surgery Required