Сенсорная обратная связь важна для людей с ампутированными конечностями, чтобы иметь возможность исследовать окружающую среду и взаимодействовать с ней. Теперь исследователи разработали устройство, которое позволяет людям с ампутированными конечностями чувствовать температуру и реагировать на нее, передавая тепловую информацию от кончика пальца протеза к культе человека с ампутированной конечностью.
Устройство «MiniTouch», представленное в журнале Med , использует готовую электронику, может быть интегрировано в коммерчески доступные протезы конечностей и не требует хирургического вмешательства. Используя термочувствительный протез руки, 57-летний мужчина с трансрадиальной ампутированной конечностью смог различать и вручную сортировать объекты с разной температурой, а также ощущать телесный контакт с другими людьми.
«Это очень простая идея, которую можно легко интегрировать в коммерческие протезы», — говорит старший автор Сильвестро Мицера из Федеральной политехнической школы Лозанны и Scuola Superiore Sant'Anna. «Температура — один из последних рубежей восстановления чувствительности роботизированных рук. Впервые мы действительно близки к восстановлению полной палитры ощущений у людей с ампутированными конечностями».
Ранее команда показала, что их термочувствительная технология может восстановить пассивную термочувствительность у 17 из 27 людей с ампутированными конечностями. В новом исследовании они показывают, что MiniTouch можно легко интегрировать в коммерческие протезы конечностей и что он обеспечивает активную термочувствительность во время задач, требующих обратной связи между сенсорными и двигательными нейронами.
Помимо функциональной важности способности чувствовать тепло и холод, тепловая информация может также улучшить чувство воплощения у людей с ампутированными конечностями и их способность испытывать аффективные прикосновения.
«Добавление информации о температуре делает прикосновения более похожими на человеческие», — говорит старший автор Солайман Шокур из Федеральной политехнической школы Лозанны. «Мы думаем, что способность чувствовать температуру улучшит воплощение людей с ампутированными конечностями — ощущение, что «эта рука моя»».
Для этого они интегрировали MiniTouch в личный протез 57-летнего мужчины, перенесшего трансрадиальную ампутацию 37 лет назад, подключив устройство к точке на культе конечности участника, которая вызывала тепловые ощущения в его фантомном указательном пальце. . Затем они проверили его способность различать предметы с разной температурой и предметы, сделанные из разных материалов.
Сенсорно-моторный протез руки со встроенной тепловой обратной связью. Фото: EPFL/Кайе
С помощью MiniTouch участник смог со 100% точностью различить три визуально неразличимые бутылки, содержащие холодную (12°C), прохладную (24°C) или горячую (40°C) воду, тогда как без устройства его точность составила всего 33%. Устройство MiniTouch также улучшило его способность быстро и точно сортировать металлические кубики разной температуры.
«Когда вы достигаете определенного уровня ловкости с роботизированными руками, вам действительно нужна сенсорная обратная связь , чтобы иметь возможность использовать роботизированную руку в полной мере», — говорит Шокур.
Наконец, устройство MiniTouch улучшило способность участника различать человеческие руки и протезы с завязанными глазами — точность с 60% без устройства до 80% с устройством. Однако его способность ощущать человеческое прикосновение через протез все еще была ограничена по сравнению с его неповрежденной рукой, и исследователи предполагают, что это произошло из-за ограничений других нетепловых сенсорных сигналов, таких как мягкость и текстура кожи. Доступны и другие технологии, позволяющие использовать эти другие сенсорные входы, и следующим шагом будет начать интеграцию этих технологий в единый протез конечности.
Фабрицио в слепом эксперименте. Фото: EPFL/Кайе
«Наша цель сейчас — разработать мультимодальную систему, которая объединит бы сенсорные, проприоцептивные и температурные ощущения», — говорит Шокур. «Благодаря системе такого типа люди смогут сказать вам: «Это мягкое и горячее» или «Это твердое и холодное».
Исследователи говорят, что их технология готова к использованию с технической точки зрения, но необходимы дополнительные тесты на безопасность, прежде чем она попадет в клинику, и у них есть планы по дальнейшему совершенствованию устройства, чтобы его было легче установить.
Будущие модели также могут использовать Minitouch для интеграции тепловой информации из нескольких точек на фантомной конечности человека с ампутированной конечностью. Тыльная сторона руки может улучшить ощущение человеческой связи, позволяя людям с ампутированными конечностями чувствовать, когда другой человек касается их руки.
