2013-10-17 08:59:03
Μια νέα μελέτη ειδικών του Πανεπιστημίου του Σικάγου ανοίγει τον δρόμο για την ανάπτυξη προσθετικών άκρων που θα «νιώθουν» το άγγιγμα και θα χαρίζουν τη σημαντική αίσθηση της αφής σε παραπληγικά άτομα αλλά και σε άτομα που έχουν ακρωτηριαστεί.
Ρομποτικά άκρα σαν… ζωντανά
Η μελέτη που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Proceedings of the National Academy of Sciences» κάνει ένα σημαντικό βήμα σε ό,τι αφορά την τεχνολογία που θα επιτρέπει στα ρομποτικά άκρα να έχουν επιδεξιότητα και να συμπεριφέρονται σαν «ζωντανά».
Ο Σλίμαν Μπενσμάια και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν ένα νέο μοντέλο για τη μετάδοση της αίσθησης της αφής στον εγκέφαλο «παρακάμπτοντας» τα συμβατικά μονοπάτια. Οι ερευνητές ελπίζουν ότι το μοντέλο αυτό θα αποτελέσει τη βάση για την ανάπτυξη προσθετικών άκρων που θα αισθάνονται το άγγιγμα όπως και τα φυσικά.
Το πείραμα στους πιθήκους
Αρχικώς οι επιστήμονες εκπαίδευσαν πιθήκους ρέζους μακάκους ώστε να επικεντρώνουν το βλέμμα τους σε διαφορετικές κατευθύνσεις ανάλογα με το αν κάποιος ακουμπούσε τον δείκτη ή τον παράμεσό τους.
Στη συνέχεια τοποθέτησαν μικροηλεκτρόδια στην περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται πρωτοπαγής σωματοαισθητικός φλοιός. Η συγκεκριμένη περιοχή αντιπροσωπεύει έναν ολοκληρωμένο χάρτη του σώματος όπου ο κάθε νευρώνας είναι υπεύθυνος για να ενεργοποιείται κάθε φορά που κάποιος ακουμπά ένα διαφορετικό σημείο στο δέρμα.
Τα μικροηλεκτρόδια καταγράφουν τα μοτίβα δραστηριότητας των νευρώνων – μπορούν μάλιστα να χρησιμοποιηθούν και αντίστροφα προκειμένου να διεγείρουν ηλεκτρικά τους νευρώνες αν αυτό χρειαστεί.
Οι ερευνητές κατέγραφαν το πού ακριβώς στον πρωτοπαγή σωματοαισθητικό φλοιό καταγραφόταν δραστηριότητα όταν ακουμπούσαν τον δείκτη ή τον παράμεσο των πειραματοζώων.
Αντίδραση μέσω της ηλεκτρικής διέγερσης
Εχοντας καταγράψει τα μοτίβα δραστηριότητας συνέχισαν διεγείροντας οι ίδιοι τον εγκέφαλο και ακολουθώντας τα ίδια μοτίβα. Είδαν ότι οι πίθηκοι αντιδρούσαν σαν να τους είχε ακουμπήσει κάποιος – επικέντρωναν το βλέμμα τους στην κατεύθυνση που είχαν διδαχθεί να κοιτάζουν αποκρινόμενοι στο άγγιγμα είτε στον δείκτη είτε στον παράμεσό τους.
Σε παρόμοια πειράματα, οι πίθηκοι στους οποίους είχε τοποθετηθεί ένα προσθετικό χέρι που μετέδιδε τις πληροφορίες στον εγκέφαλό τους μέσω μικροηλεκτροδίων, ήταν επίσης σε θέση να διαχωρίζουν αγγίγματα διαφορετικής έντασης. «Οι πληροφορίες σχετικά με το σημείο αλλά και την ένταση της πίεσης ενός αγγίγματος δεν είναι συνήθως διαθέσιμες οπτικά ή δεν είναι επαρκείς ώστε να καθοδηγήσουν τις κινήσεις ατόμων με προσθετικά άκρα» σχολίασε ο δρ Μπενσμάια και προσέθεσε: «Ωστόσο οι πληροφορίες αυτές είναι κρίσιμες. Αν δεν τις έχει κάποιος μπορεί να ρίχνει και να καταστρέφει αντικείμενα που κρατά».
Μελλοντικό «δώρο» το άγγιγμα αγαπημένου προσώπου
Ο ερευνητής ελπίζει ότι κάποια ημέρα αισθητήρες που θα διαθέτουν τα προσθετικά άκρα θα μπορούν να μεταδίδουν σήματα σε εμφυτεύματα που θα είναι τοποθετημένα στους ασθενείς και τα οποία θα διαχωρίζουν τα σωστά μοτίβα ηλεκτρικών παλμών μεταδίδοντάς τα στον εγκέφαλο ώστε εκείνος να χαρίζει την αίσθηση της αφής στα ρομποτικά άκρα. Αυτού του είδους τα προσθετικά άκρα του μέλλοντος θα κάνουν τους ασθενείς να αισθάνονται το τεχνητό άκρο τους ως ένα πιο φυσιολογικό κομμάτι του σώματός τους το οποίο θα τους χαρίζει καλύτερη αλληλεπίδραση με το περιβάλλον τους. «Ισως τα άκρα αυτά βοηθήσουν ένα άτομο να αγγίξει για πρώτη φορά κάποιον αγαπημένο του».
Παρότι εμφυτεύσιμα ηλεκτρόδια έχουν χρησιμοποιηθεί μέχρι σήμερα σε ανθρώπους, ο δρ Μπανσμάια σημειώνει ότι αυτά συνδέονται με περιορισμούς. Τα εμφυτεύματα πρέπει να είναι ασφαλή και ανθεκτικά ώστε να παραμένουν στον εγκέφαλο για μεγάλο διάστημα χρόνου αλλά και «προσαρμοστικά» ώστε να συνεχίσουν να λειτουργούν καθώς ο εγκέφαλος γερνά με την πάροδο του χρόνου.
Πολλά υποσχόμενη βιομιμητική προσέγγιση
Παρά τα όποια εμπόδια, ο Λι Μίλερ από το Πανεπιστήμιο Νορθγουέστερν στο Ιλινόι, τονίζει ότι η βιομιμητική προσέγγιση του Μπανσμάια είναι πολλά υποσχόμενη για το μέλλον των προσθετικών μελών τα οποία αυτή τη στιγμή έχουν περιορισμένη ικανότητα αίσθησης. «Η συγκεκριμένη προσέγγιση προσπαθεί να αναπαράγει ένα φυσικό μοτίβο αισθητηριακής δραστηριότητας και αυτό είναι πολύ σημαντικό» σημειώνει ο επιστήμονας και καταλήγει λέγοντας ότι «η καλύτερη προσέγγιση για να χαρίσουμε την ‘αποκωδικοποίηση’ του αγγίγματος στα προσθετικά άκρα είναι να μιμηθούμε όσο πιο πιστά μπορούμε την ίδια τη σήμανση του εγκεφάλου». Tromaktiko
Ρομποτικά άκρα σαν… ζωντανά
Η μελέτη που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Proceedings of the National Academy of Sciences» κάνει ένα σημαντικό βήμα σε ό,τι αφορά την τεχνολογία που θα επιτρέπει στα ρομποτικά άκρα να έχουν επιδεξιότητα και να συμπεριφέρονται σαν «ζωντανά».
Ο Σλίμαν Μπενσμάια και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν ένα νέο μοντέλο για τη μετάδοση της αίσθησης της αφής στον εγκέφαλο «παρακάμπτοντας» τα συμβατικά μονοπάτια. Οι ερευνητές ελπίζουν ότι το μοντέλο αυτό θα αποτελέσει τη βάση για την ανάπτυξη προσθετικών άκρων που θα αισθάνονται το άγγιγμα όπως και τα φυσικά.
Το πείραμα στους πιθήκους
Αρχικώς οι επιστήμονες εκπαίδευσαν πιθήκους ρέζους μακάκους ώστε να επικεντρώνουν το βλέμμα τους σε διαφορετικές κατευθύνσεις ανάλογα με το αν κάποιος ακουμπούσε τον δείκτη ή τον παράμεσό τους.
Στη συνέχεια τοποθέτησαν μικροηλεκτρόδια στην περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται πρωτοπαγής σωματοαισθητικός φλοιός. Η συγκεκριμένη περιοχή αντιπροσωπεύει έναν ολοκληρωμένο χάρτη του σώματος όπου ο κάθε νευρώνας είναι υπεύθυνος για να ενεργοποιείται κάθε φορά που κάποιος ακουμπά ένα διαφορετικό σημείο στο δέρμα.
Τα μικροηλεκτρόδια καταγράφουν τα μοτίβα δραστηριότητας των νευρώνων – μπορούν μάλιστα να χρησιμοποιηθούν και αντίστροφα προκειμένου να διεγείρουν ηλεκτρικά τους νευρώνες αν αυτό χρειαστεί.
Οι ερευνητές κατέγραφαν το πού ακριβώς στον πρωτοπαγή σωματοαισθητικό φλοιό καταγραφόταν δραστηριότητα όταν ακουμπούσαν τον δείκτη ή τον παράμεσο των πειραματοζώων.
Αντίδραση μέσω της ηλεκτρικής διέγερσης
Εχοντας καταγράψει τα μοτίβα δραστηριότητας συνέχισαν διεγείροντας οι ίδιοι τον εγκέφαλο και ακολουθώντας τα ίδια μοτίβα. Είδαν ότι οι πίθηκοι αντιδρούσαν σαν να τους είχε ακουμπήσει κάποιος – επικέντρωναν το βλέμμα τους στην κατεύθυνση που είχαν διδαχθεί να κοιτάζουν αποκρινόμενοι στο άγγιγμα είτε στον δείκτη είτε στον παράμεσό τους.
Σε παρόμοια πειράματα, οι πίθηκοι στους οποίους είχε τοποθετηθεί ένα προσθετικό χέρι που μετέδιδε τις πληροφορίες στον εγκέφαλό τους μέσω μικροηλεκτροδίων, ήταν επίσης σε θέση να διαχωρίζουν αγγίγματα διαφορετικής έντασης. «Οι πληροφορίες σχετικά με το σημείο αλλά και την ένταση της πίεσης ενός αγγίγματος δεν είναι συνήθως διαθέσιμες οπτικά ή δεν είναι επαρκείς ώστε να καθοδηγήσουν τις κινήσεις ατόμων με προσθετικά άκρα» σχολίασε ο δρ Μπενσμάια και προσέθεσε: «Ωστόσο οι πληροφορίες αυτές είναι κρίσιμες. Αν δεν τις έχει κάποιος μπορεί να ρίχνει και να καταστρέφει αντικείμενα που κρατά».
Μελλοντικό «δώρο» το άγγιγμα αγαπημένου προσώπου
Ο ερευνητής ελπίζει ότι κάποια ημέρα αισθητήρες που θα διαθέτουν τα προσθετικά άκρα θα μπορούν να μεταδίδουν σήματα σε εμφυτεύματα που θα είναι τοποθετημένα στους ασθενείς και τα οποία θα διαχωρίζουν τα σωστά μοτίβα ηλεκτρικών παλμών μεταδίδοντάς τα στον εγκέφαλο ώστε εκείνος να χαρίζει την αίσθηση της αφής στα ρομποτικά άκρα. Αυτού του είδους τα προσθετικά άκρα του μέλλοντος θα κάνουν τους ασθενείς να αισθάνονται το τεχνητό άκρο τους ως ένα πιο φυσιολογικό κομμάτι του σώματός τους το οποίο θα τους χαρίζει καλύτερη αλληλεπίδραση με το περιβάλλον τους. «Ισως τα άκρα αυτά βοηθήσουν ένα άτομο να αγγίξει για πρώτη φορά κάποιον αγαπημένο του».
Παρότι εμφυτεύσιμα ηλεκτρόδια έχουν χρησιμοποιηθεί μέχρι σήμερα σε ανθρώπους, ο δρ Μπανσμάια σημειώνει ότι αυτά συνδέονται με περιορισμούς. Τα εμφυτεύματα πρέπει να είναι ασφαλή και ανθεκτικά ώστε να παραμένουν στον εγκέφαλο για μεγάλο διάστημα χρόνου αλλά και «προσαρμοστικά» ώστε να συνεχίσουν να λειτουργούν καθώς ο εγκέφαλος γερνά με την πάροδο του χρόνου.
Πολλά υποσχόμενη βιομιμητική προσέγγιση
Παρά τα όποια εμπόδια, ο Λι Μίλερ από το Πανεπιστήμιο Νορθγουέστερν στο Ιλινόι, τονίζει ότι η βιομιμητική προσέγγιση του Μπανσμάια είναι πολλά υποσχόμενη για το μέλλον των προσθετικών μελών τα οποία αυτή τη στιγμή έχουν περιορισμένη ικανότητα αίσθησης. «Η συγκεκριμένη προσέγγιση προσπαθεί να αναπαράγει ένα φυσικό μοτίβο αισθητηριακής δραστηριότητας και αυτό είναι πολύ σημαντικό» σημειώνει ο επιστήμονας και καταλήγει λέγοντας ότι «η καλύτερη προσέγγιση για να χαρίσουμε την ‘αποκωδικοποίηση’ του αγγίγματος στα προσθετικά άκρα είναι να μιμηθούμε όσο πιο πιστά μπορούμε την ίδια τη σήμανση του εγκεφάλου». Tromaktiko
ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ
ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
Σε απόγνωση οι κτηνοτρόφοι του Έβρου
ΕΠΟΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
Το χάσμα ανάμεσα σε πλούσιους και φτωχούς είναι επιλογή
ΣΧΟΛΙΑΣΤΕ
