Hightech-Prothetikarme geben Amputierten Fingerfertigkeit und Fingerspitzengef├╝hl

Touch ist eine starke Sensation. Eine, die uns mit der Welt um uns herum verbindet und uns erlaubt, zwischen einem K├Ątzchen, das gegen unseren Handr├╝cken reibt, und einem scharfen Nagel zu unterscheiden, der aus einer unfertigen Wand hervortritt.

Taktile Empfindungen sind jedoch mehr als eine Art, Objekte zu identifizieren. Sie erm├Âglichen es uns, die Bewegungen unserer Muskeln fein abzustimmen, da sensorische Informationen von den Muskeln und der Haut an das Gehirn weitergegeben werden. Diese zus├Ątzlichen Informationen machen den Unterschied aus, wie man eine Traube zwischen Daumen und Finger wiegt und viel Traubensaft macht.

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F├╝r Amputierte ist die sensorische R├╝ckmeldung von ihren Prothesen l├Ąngst nicht mehr gegeben, auch wenn sich die k├╝nstlichen Gliedma├čen in den letzten Jahrzehnten zu hochentwickelten Roboterger├Ąten entwickelt haben. Aber zwei Forschungsgruppen, deren Arbeit in der 8. Oktober-Ausgabe von Science Translational Medicine ver├Âffentlicht wurde, versuchen, diesen k├╝nstlichen Gliedma├čen eine ganze Reihe von Empfindungen zu geben.

"Der Tastsinn ist eine der Arten, wie wir mit Objekten um uns herum interagieren", sagte Dustin Tyler, Associate Professor f├╝r Biomedizintechnik an der Case Western Reserve University und Direktor einer der Forschungsstudien In einer Pressemitteilung hei├čt es: "Unser Ziel ist nicht nur die Wiederherstellung der Funktion, sondern die Wiederherstellung einer Verbindung zur Welt. Dies ist eine lang anhaltende, chronische Wiederherstellung der Empfindung ├╝ber mehrere Punkte auf der Hand."

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M├Ąnner f├╝hlen fast 20 Punkte auf prothetischen Gliedma├čen

Amputierten mit einem Sinn f├╝r Die Gruppe von Forschern, die von Tyler geleitet wurde, implantierte Elektrodenmanschetten in den Unterarm eines m├Ąnnlichen Patienten und den Oberarm eines anderen. Diese Elektrodenarten wickeln sich um das Nervenb├╝ndel und dringen nicht in die sch├╝tzende Membran ein, was langfristig Nervensch├Ąden verursachen kann.

Sensoren an den k├╝nstlichen H├Ąnden des Patienten gaben Informationen ├╝ber die H├Âhe des Drucks an die Elektroden, so dass die M├Ąnner bis zu 19 verschiedene Punkte auf ihren Prothesen sp├╝ren konnten.

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Ein Studienfach h├Ąlt eine Kirschtomate. Foto mit freundlicher Genehmigung von Russell Lee.

Um komplexere Empfindungen wie den Unterschied zwischen Schleifpapier und einer glatten Oberfl├Ąche zu erzeugen, wandelte ein Computer die Informationen von den Sensoren in unterschiedliche elektrische Signale um. Diese wurden von den peripheren Nerven aufgenommen, die die sensorische Information an das Gehirn weitergaben. Im Laufe der Zeit konnten die Forscher die Signale feinabstimmen, w├Ąhrend sich die Patienten darauf einstellten.

"Der Tastsinn wird tats├Ąchlich besser", sagte Keith Vonderhuevel aus Sidney, Ohio, in einer Pressemitteilung. Er verlor seine Hand 2005 und lie├č das System im Januar 2013 implantieren. "Sie ├Ąndern Dinge am Computer, um das Gef├╝hl zu ├Ąndern. Einmal f├╝hlte es sich an, als ob Wasser ├╝ber meinen Handr├╝cken lief."

Wegen der Notwendigkeit Damit ein Computer die Ber├╝hrungsempfindungen der Sensoren einstellen kann, funktioniert dieses System derzeit nur im Labor, aber die Forscher erwarten, dass innerhalb von f├╝nf Jahren ein Heimsystem entwickelt wird.

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Bone-Implantat bietet zus├Ątzliche St├Ąrke

Das System von der anderen Gruppe von Forschern, die in Schweden basiert, erzeugt in ├Ąhnlicher Weise sensorische Input von der k├╝nstlichen Gliedma├če Weg. Die Forscher waren jedoch auch in der Lage, den k├╝nstlichen Arm direkt an das Skelett zu befestigen, in einem Prozess, der Osseointegration genannt wird, anstatt den Ansatz des Sockels in kommerziell erh├Ąltlichen Prothesen zu verwenden.

"Wir haben die Osseointegration genutzt, um eine langfristige stabile Fusion zwischen Mensch und Maschine zu schaffen, wo wir sie auf verschiedenen Ebenen integriert haben", sagte Max Ortiz Catalan, Wissenschaftler an der Chalmers University of Technology in G├Âteborg, Schweden Autor der Ver├Âffentlichung, in einer Pressemitteilung. "Der k├╝nstliche Arm ist direkt am Skelett befestigt und sorgt so f├╝r mechanische Stabilit├Ąt. "

Max Ortiz Catalan (links) und Associate Professor Rickard Br├ąnemark (rechts) mit dem ersten Patienten, der mit dem osseointegrierten Implantatsystem behandelt wurde. Foto mit freundlicher Genehmigung von Katalanisch.

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Dar├╝ber hinaus verbanden Catalan und seine Kollegen den Arm der Prothese mit den Resten der Nerven und Muskeln im Arm des Amputierten und vermittelten ihm so einen Tastsinn und die F├Ąhigkeit, die k├╝nstliche Gliedma├če zu kontrollieren.

Dies erm├Âglichte ihm, seine Arbeit als LKW-Fahrer zu behalten, indem er seine Armprothese f├╝r Aufgaben wie das Bedienen von Maschinen und das Auspacken von Kisten mit Eiern verwendete. Er verwendet es auch, um die Schn├╝rsenkel an den Schlittschuhen seiner Kinder zu binden.

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"Die zuverl├Ąssige Kommunikation zwischen der Prothese und dem K├Ârper war das fehlende Glied f├╝r die klinische Implementierung von neuronaler Kontrolle und sensorischer R├╝ckmeldung, und das ist jetzt vorhanden", sagte Catalan.

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Ber├╝hrung vertieft die Verbindung zur Prothetik

Ein Tastsinn kann Amputierten eine gr├Â├čere Kontrolle ├╝ber ihre Extremit├Ąt verschaffen, insbesondere die H├Âhe des angelegten Drucks. Aber auch ohne diese Empfindung sind die Menschen immer noch in der Lage, k├╝nstliche Gliedma├čen mit einer beachtlichen Geschicklichkeit zu kontrollieren, gr├Â├čtenteils aufgrund der sensorischen R├╝ckmeldung, die von den Augen und den Muskeln kommt.

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Aber das Hinzuf├╝gen von Ber├╝hrungsempfinden zu einer Prothese kann Amputierten auf andere Weise zugute kommen. Eine davon ist die Reduktion des Phantomschmerzes, die intensive Empfindung, dass die Gliedma├če noch anhaftet, obwohl sie nicht mehr vorhanden ist.Patienten in den neuen Studien berichteten, dass ihr Phantomschmerz nach dem Gef├╝hl mit der k├╝nstlichen Gliedma├če nachlie├č.

Ein Gef├╝hl der Ber├╝hrung kann auch Amputierten helfen, sich psychologisch mit ihrer Prothese zu integrieren, so dass sie sie nicht als externes Werkzeug, sondern als Teil ihres eigenen K├Ârpers sehen k├Ânnen. Dies wiederum k├Ânnte die Zahl der Amputierten, die ihre Prothese nach kurzer Zeit nicht mehr verwenden, reduzieren und die Qualit├Ąt ihres Alltags verbessern.

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Das Thumbnail-Bild ist ein Studienthema, das eine Traube aus einem Haufen herauszieht. Foto mit freundlicher Genehmigung von Dale Omori.