Prothetische Beinprothesen, die vom eigenen Nervensystem der Person gesteuert werden, sorgen für einen natürlichen Gang

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Medizinisch überprüft von Carmen Pope, BPharm. Zuletzt aktualisiert am 1. Juli 2024.

Von Dennis Thompson HealthDay Reporter

MONTAG, 1. Juli 2024 – „Intelligente“ Beinprothesen können Amputierten dabei helfen, einen natürlichen Gang zu erreichen, aber dies geschieht durch Robotersensoren und Algorithmen, die das Glied mit vorgegebenen Geschwindigkeiten vorwärts bewegen.

A Ein besserer Weg wäre, den Menschen über ihr Nervensystem die volle Kontrolle über das Glied zu geben – und genau das hat ein Forschungsteam des MIT getan.

Ein experimenteller chirurgischer Eingriff in Kombination mit einem hochmodernen Roboterglied kann einen völlig natürlichen Gang wiederherstellen, der vollständig vom eigenen Nervensystem einer Person gesteuert wird, berichten Forscher in der 1. Juli-Ausgabe der Zeitschrift Nature Medicine.

Das Verfahren verbindet die Muskeln im Restglied wieder und ermöglicht es den Patienten, zu empfangen genaues Echtzeit-Feedback über die Position ihrer Prothese beim Gehen, erklärten die Forscher.

Sieben Patienten, die sich dieser Operation unterzogen hatten, konnten viel natürlicher schneller gehen, Hindernissen ausweichen und Treppen steigen als Menschen mit einer herkömmlichen Amputation.

„Niemand konnte dieses Maß an Gehirnkontrolle nachweisen das erzeugt einen natürlichen Gang, bei dem das Nervensystem des Menschen die Bewegung steuert, nicht ein Roboter-Steuerungsalgorithmus“, sagte der leitende Forscher Hugh Herr, Co-Direktor des K. Lisa Yang Center for Bionics am MIT.

Die meisten Arm- und Beinbewegungen werden durch Muskelpaare gesteuert, die sich abwechselnd dehnen und zusammenziehen, sagten Forscher in Hintergrundinformationen.

Eine herkömmliche Amputation unterhalb des Knies stört das Zusammenspiel dieser Muskelpaare. Dadurch wird es für das Nervensystem schwierig, Bewegungen zu verfolgen und zu kontrollieren.

Daher haben Menschen mit einer solchen Amputation Schwierigkeiten, eine Beinprothese zu kontrollieren, weil sie nicht genau erkennen können, wo sich das Bein im Raum befindet. Sie müssen sich auf Robotersteuerungen und Sensoren verlassen, um einen Gehgang zu etablieren und sich an Steigungen und Hindernisse anzupassen.

Um Menschen dabei zu helfen, die vollständige neuronale Kontrolle über ihre Beinprothesen zu erlangen, entwickelten Herr und seine Kollegen etwas, das sie Agonisten-Antagonisten nennen Myoneurale Schnittstelle (AMI)-Chirurgie.

Anstatt einfach Muskelpaare zu durchtrennen, verbindet die AMI-Operation stattdessen die beiden Enden der Muskeln. Auf diese Weise kommunizieren sie immer noch dynamisch miteinander im Rest des Beins.

AMI-Operationen können während einer Amputation oder während eines Folgeeingriffs nach der ersten Amputation durchgeführt werden, sagten Forscher.

Eine Studie von Herrs Labor aus dem Jahr 2021 ergab, dass die Muskeln einer Gliedmaße, die mit einer Herzinfarktoperation behandelt wurde, elektrische Signale erzeugten, die denen ihrer intakten Gliedmaße ähneln.

Als nächsten Schritt begannen die Forscher herauszufinden, a So können diese elektrischen Signale Befehle an eine Gliedmaßenprothese senden und gleichzeitig eine Rückmeldung von der Gliedmaße über ihre Position beim Gehen erhalten.

Auf diese Weise könnte ein Amputierter einer AMI-Operation sowohl eine Beinprothese steuern als auch das Feedback nutzen, um seinen Gang nach Bedarf automatisch anzupassen.

Die neue Studie zeigt, dass das sensorische Feedback tatsächlich zu einem sanften, nahezu natürliche Fähigkeit, zu gehen und Hindernisse zu überwinden.

In der Studie verglichen die Forscher sieben AMI-Amputierte mit sieben Personen, die herkömmliche Amputationen unterhalb des Knies hatten.

Alle Teilnehmer verwendeten die gleiche Art von bionischem Bein – eine Prothese mit einem angetriebenen Knöchel. Ausgestattet mit Elektroden, die elektrische Signale von den wichtigsten Muskelgruppen des Beins empfangen können.

Diese Signale werden in eine Robotersteuerung eingespeist, die der Prothese dabei hilft, zu berechnen, wie stark der Knöchel gebeugt werden muss, wie viel Drehmoment aufgebracht werden muss und wie viel Kraft abgegeben werden muss.

Die Forscher haben alle Amputierten mit Wasserwaage getestet -Gehen auf dem Boden, einen Hang hinaufgehen, eine Rampe hinuntergehen, Treppen hoch- und runtersteigen und auf einer ebenen Fläche spazieren gehen und dabei Hindernissen ausweichen.

Diejenigen, die sich der AMI-Amputationsoperation unterzogen hatten, konnten schneller gehen, etwa im gleichen Tempo wie Menschen ohne Amputationen.

Die Ergebnisse zeigen, dass sie auch Hindernisse einfacher überwunden haben und sich natürlicher bewegt haben. Sie waren besser in der Lage, die Bewegung ihrer Prothese mit der ihrer natürlichen Gliedmaßen zu koordinieren und konnten sich mit etwa der gleichen Kraft vom Boden abstoßen wie jemand ohne Amputation.

„Die Kohorte, die keinen AMI hatte, konnte laufen, aber die Bewegungen der Prothese waren nicht natürlich und ihre Bewegungen waren im Allgemeinen langsamer“, sagte Herr. in einer Pressemitteilung des MIT.

Interessanterweise trat die verbesserte Bewegung auf, obwohl die Menge an sensorischem Feedback, das durch AMI bereitgestellt wird, weniger als 20 % der Menge beträgt, die normalerweise Menschen erhalten, die noch ihr volles Bein haben, stellten die Forscher fest.

„Eine der wichtigsten Erkenntnisse hier ist, dass eine kleine Steigerung des neuronalen Feedbacks von Ihrem amputierten Glied die signifikante bionische neuronale Kontrollierbarkeit wiederherstellen kann, bis zu einem Punkt, an dem Sie es Menschen ermöglichen, die Gehgeschwindigkeit direkt neuronal zu steuern, sich an unterschiedliches Gelände anzupassen und.“ Vermeiden Sie Hindernisse“, sagte der leitende Forscher Hyungeun Song, ein Postdoktorand bei MIT's Media Lab.

Herrs Ziel ist es, den menschlichen Körper letztendlich „wieder aufzubauen“, indem er Prothesen so an Gliedmaßen befestigt, dass sie sich natürlich und normal anfühlen.

„Das Problem bei diesem langfristigen Ansatz besteht darin, dass sich der Benutzer mit seiner Prothese nie körperlich fühlen würde.“ Sie würden die Prothese niemals als Teil ihres Körpers, als Teil ihres Selbst betrachten“, sagte Herr. „Der Ansatz, den wir verfolgen, besteht darin, das Gehirn des Menschen umfassend mit der Elektromechanik zu verbinden.“

Quellen

  • MIT, Pressemitteilung, 1. Juli 2024

    • Haftungsausschluss: Statistische Daten in medizinischen Artikeln stellen allgemeine Trends dar und beziehen sich nicht auf Einzelpersonen. Einzelne Faktoren können stark variieren. Lassen Sie sich bei individuellen Gesundheitsentscheidungen immer individuell medizinisch beraten.

    Quelle: HealthDay

    Gesendet : 2024-07-02 01:15

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