16/02/2024
Door Ad Spijkers
Een nieuw temperatuurgevoelig prothetisch ledemaat verbetert de interacties tussen geamputeerden en hun gevoel van menselijke verbondenheid.
"Toen een van de onderzoekers de sensor op zijn eigen lichaam plaatste, kon ik met mijn fantoomhand de warmte van een ander voelen. Het was een heel sterke emotie voor mij, het was alsof ik een verbinding met iemand opnieuw activeerde." Fabrizio, een 57-jarige man met een transradiale (pols)amputatie, kon objecten van verschillende temperaturen of materialen onderscheiden en handmatig sorteren. Ook kon hij lichamelijk contact met andere mensen waarnemen. Dit was mogelijk dankzij een gesensoriseerde prothetische hand die realistische en real-time thermische feedback geeft
Temperatuur
De nieuwe technologie is het resultaat van een wetenschappelijke samenwerking tussen de Sant’Anna School of Advanced Studies in Pisa en de École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Volgens de onderzoekers is dit de eerste keer dat natuurlijke temperatuursensaties worden geïntegreerd in een functioneel kunstledemaat. Temperatuur is een van de laatste grenzen om het gevoel van robothanden te herstellen. Voor het eerst zijn de onderzoekers dicht bij het herstel van het volledige palet aan sensaties voor geamputeerden.
Zintuiglijke terugkoppeling is een van de belangrijkste stappen om mensen met een amputatie in staat te stellen met hun omgeving te communiceren. De onderzoekers hebben voortgeborduurd op eerdere bevindingen over thermische fantoomsensaties (stimulatie van specifieke punten op de restarm om waarnemingen in de ontbrekende hand op te roepen). Ze hebben een apparaat ontwikkeld, de MiniTouch, waarmee geamputeerden de temperatuur kunnen waarnemen.
Ze kunnen er op reageren door thermische informatie door te geven vanaf de vingertop van de handprothese tot aan de resterende arm van de geamputeerde. Het apparaat maakt gebruik van kant-en-klare elektronica, kan worden geïntegreerd in in de handel verkrijgbare prothetische ledematen en vereist geen operatie. Volgens de onderzoekers is het een eenvoudig idee dat gemakkelijk kan worden geïntegreerd in commerciële prothesen. Het toevoegen van temperatuurinformatie maakt de aanraking menselijker. Volgens de onderzoekers zal het vermogen om de temperatuur te meten, het lichaamsgevoel van geamputeerden zal verbeteren, 'deze hand van mij is'.
Tot nu toe zijn thermische sensaties verwaarloosd in onderzoek naar neuroprothesen, ook al is er steeds meer bewijs van hun belang in ons dagelijks leven. De onderzoekers denken dat geamputeerden baat zouden kunnen hebben bij het herwinnen van temperatuursensaties. Dit gaat veel verder dan de detectie van koude of warme voorwerpen.
Werking
De testfase werd uitgevoerd in het Inail prothesecentrum van Vigorso di Budrio in Bologna. Het apparaat werd geïntegreerd in de persoonlijke prothese van de patiënt. Het werd vastgemaakt aan een punt op hetzelfde stomp, waardoor thermische sensaties in de fantoomwijsvinger van de persoon ontstonden.
Het onderzoeksteam testte het vermogen van de geamputeerde om onderscheid te maken tussen objecten met verschillende temperaturen en materialen. Met behulp van de MiniTouch kon de patiënt met een nauwkeurigheid van 100% onderscheid maken tussen drie visueel niet van elkaar te onderscheiden flessen met koud, koel en heet water. Zonder het apparaat bedroeg zijn nauwkeurigheid slechts 33%. De MiniTouch verbeterde ook zijn vermogen om metalen kubussen met verschillende temperaturen nauwkeurig en snel te classificeren.
Bovendien verbeterde het apparaat het vermogen van de deelnemer om onderscheid te maken tussen menselijke en prothetische armen terwijl hij geblinddoekt was. Dat vermogen steeg van 60% zonder het apparaat naar 80% met het apparaat. Verschillende geamputeerden die aan de eerste onderzoeken deelnamen, meldden dat het vermogen om lichaamscontact met een andere persoon te herontdekken het belangrijkste voordeel van het systeem was.
Voortgang
Het doel is nu om een multimodaal systeem te ontwikkelen dat aanraking, perceptie en temperatuursensaties integreert. Met zo’n systeem kunnen mensen vertellen of iets zacht en heet is of hard en koud.
De technologie wordt momenteel getest in het laboratorium. De volgende stap zal zijn om het apparaat klaar te maken voor thuisgebruik. Ook moet het thermische informatie van meerdere punten van het fantoomlid van een geamputeerde integreren. Als mensen bijvoorbeeld thermische en tactiele sensaties op hun vinger en duim kunnen onderscheiden, kan dit hen helpen een warme drank vast te pakken. Het mogelijk maken van gevoel in de rug van de hand zou het idee van menselijke verbinding kunnen verbeteren doordat geamputeerden kunnen voelen wanneer een andere persoon hun hand aanraakt.
De studie maakt de weg vrij voor natuurlijkere handprothesen die een volledig scala aan sensaties herstellen, waardoor geamputeerden een rijkere en natuurlijkere perceptie van de tastwereld krijgen. En voor bepaalde toepassingen in robotica zou de technologie ook uitkomst kunnen bieden.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: EPFL/Caillet