人自身の神経システムによって制御される義足は自然な歩行をもたらします

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BPharm の Carmen Pope によって医学的にレビューされています。最終更新日は 2024 年 7 月 1 日です。

執筆者: Dennis Thompson HealthDay レポーター

2024 年 7 月 1 日、月曜日 -- 「スマート」義足は、切断者が自然な歩行を実現するのに役立ちますが、これはロボット センサーと、所定の速度で四肢を前方に駆動するアルゴリズムによって行われます。

Aもっと良い方法は、人間が神経系を通じて手足を完全に制御できるようにすることです。MIT 研究チームはまさにそれが実現したと言っています。

最先端のロボット四肢と組み合わせた実験的な外科手術により、人間自身の神経系によって完全に駆動される完全に自然な歩行を復元できると研究者が学術誌 Nature Medicine.

この手順では断端の筋肉を再接続し、患者は研究者らは、歩行中の義肢の位置に関する正確なリアルタイムのフィードバックが得られると説明しました。

この手術を受けた 7 人の患者は、従来の切断を受けた患者よりも、より速く歩き、障害物を避け、より自然に階段を登ることができました。

「これほどのレベルの脳制御を示すことができた人は誰もいません。」これにより、自然な歩行が実現され、ロボット制御アルゴリズムではなく、人間の神経系が動きを制御します」と上級研究員は述べています。ヒュー・ ハー、マサチューセッツ工科大学 K. リサ・ヤン バイオニクスセンター共同所長。

腕と脚の動きのほとんどは、交互に伸縮する一対の筋肉によって制御されていると研究者らは背景説明で述べています。

従来の膝下の切断では、これら一対の筋肉の相互作用が中断されます。そのため、神経系が動きを追跡して制御することが困難になります。

その結果、そのような切断をした人々は、義足が空間のどこにあるかを正確に感知できないため、義足を制御するのに苦労しています。彼らは、歩行歩行を確立し、坂道や障害物に適応するには、ロボット コントローラーとセンサーに依存する必要があります。

人々が義足の完全な神経制御を達成できるようにするために、Herr と彼の同僚は、アゴニスト アンタゴニストと呼ばれるものを開発しました。筋神経インターフェース (AMI) 手術

AMI 手術では、単純に筋肉のペアを切断するのではなく、筋肉の両端を接続します。そうすることで、脚の残っている部分の中で相互に動的に通信を続けることができます。

AMI 手術は切断中、または最初の切断後のフォローアップ処置中に行うことができると研究者らは述べています。

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ハー氏の研究室による 2021 年の研究では、AMI 手術で治療された四肢の筋肉が、無傷の四肢が発する電気信号と同様の電気信号を生成することが判明しました。

次のステップとして、研究者らは、これらの電気信号が義肢へのコマンドを生成し、同時に歩行中の義肢の位置に関するフィードバックを義肢から受け取る方法です。

そうすれば、AMI 手術で切断された患者は、義足を制御し、フィードバックを使用して必要に応じて歩行を自動的に調整することができます。

新しい研究は、感覚フィードバックが実際にスムーズでスムーズな歩行に変換されることを示しています。歩いて障害物を乗り越える、ほぼ自然な能力。

研究では、研究者らは AMI 切断患者 7 名と従来の膝下切断患者 7 名を比較しました。

参加者全員が同じタイプのバイオニックレッグ、つまり電動足首を備えた義足を使用しました。脚の主要な筋肉群から電気信号を受信できる電極が装備されています。

これらの信号はロボット コントローラーに入力され、義足が足首をどの程度曲げるか、どのくらいのトルクを加えるか、どのくらいの力を与えるかを計算するのに役立ちます。

研究者は、すべての切断患者をレベルでテストしました。 - 障害物を避けながら、地面を歩く、坂道を登る、スロープを下りる、階段を上り下りする、平らな場所を散歩する。

AMI 切断手術を受けた人は、切断していない人とほぼ同じ速度でより速く歩くことができました。

また、障害物をより簡単に乗り越え、より自然な動きをすることができた、と結果が示しています。彼らは義肢の動きを自然な四肢の動きにうまく調整することができ、切断されていない人とほぼ同じ量の力で地面を押し出すことができました。

「AMI を持たなかったコホートは歩くことはできましたが、義足の動きは不自然で、全体的に動きが遅かったです」とハー氏は語った。

興味深いことに、AMI によって提供される感覚フィードバックの量が、まだ完全な脚を持っている人々が通常受け取る量の 20% 未満であるにもかかわらず、動作の改善が見られたと研究者らは指摘しています。

「ここでの主な発見の 1 つは、切断された四肢からの神経フィードバックがわずかに増加することで、人間が歩行速度を直接神経的に制御したり、さまざまな地形に適応したり、神経を使って直接制御したりできるレベルまで、重要な生体神経制御能力を回復できるということです。」障害物を避けてください」と主任研究員 Hyungeun Song 氏は言います。彼は MIT メディアの博士研究員です。研究室

ハー氏の目標は、自然で正常に感じられる方法で義肢を手足に接着することで、最終的に人体を「再構築」することです。

「その長期的なアプローチの問題は、ユーザーがプロテーゼによって体現されていると感じられないことです。彼らはプロテーゼを自分の体の一部、自己の一部とは決して見なさないでしょう」とハー氏は語った。 「私たちが採用しているアプローチは、人間の脳を電気機械学に包括的に接続しようとしているものです。」

出典

  • MIT、ニュースリリース、2024 年 7 月 1 日

    • 免責事項: 医学論文の統計データは一般的な傾向を提供するものであり、個人に関するものではありません。個々の要因は大きく異なる可能性があります。個々の医療上の決定については、常に個別の医学的アドバイスを求めてください。

    出典: HealthDay

    投稿しました : 2024-07-02 01:15

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