دست بایونیکی که با فکر حرکت می‌کند و حس لمس را بازمی‌گرداند، معرفی شد

توانایی لمس، همچنین حس درک وضعیت و حرکت بدن، به طور غیرقابل منکری برای عملکرد طبیعی در جامعه مهم است. برای افرادی که قطع عضو شده‌اند، نبود چنین حسی به معنای کاهش درجه‌ای از خودمختاری و تأثیر بر کیفیت زندگی است.

پژوهشگران از دانشگاه‌های برتر، مانند دانشگاه شیکاگو، از این انقلاب با توسعه فناوری پیشرفته پروتز عصبی که حس لمس را فراهم می‌کند، بهره می‌برند. آن‌ها با ترکیب تحریک مغزی و پروتزهای رباتیک پیچیده، حسی از لمس را در پروتزها امکان‌پذیر کرده‌اند.

چارلز گرینسپان، نوروساینتیست در دانشگاه شیکاگو اظهار داشت: «اکثر افراد نمی‌دانند چقدر به لمس کردن به‌جای بینایی وابسته‌اند - تایپ کردن، راه رفتن، برداشتن لیوان نازک آب.»

«اگر نمی‌توانید احساس کنید، باید دائماً دستتان را هنگام انجام هر چیزی تماشا کنید، و هنوز هم خطر ریختن، خرد کردن یا انداختن اشیا وجود دارد.»

ساختن علم لمس مصنوعی

به سرپرستی نوروساینتیست متوفی، سلیمان بنسمایا، این تحقیقات بر سال‌ها همکاری بین دانشگاه شیکاگو، دانشگاه پیتسبورگ و دیگران ساخته شده است. روش آن‌ها شامل واسط‌های مغز-کامپیوتر (BCIs) با آرایه‌های الکترودی کوچک کاشته شده در نواحی حرکتی و حسی مغز است.

این سیستم به کاربران اجازه می‌دهد با فکر کردن به حرکت، اندام‌های مصنوعی را کنترل کنند، در حالی که حسگرها بر روی اندام حس لمس را از طریق تحریک میکرویی در مغز انتقال می‌دهند.

ابتدا، این تکنیک تنها می‌توانست حس‌های ضعیف و پایه‌ای از تماس را تولید کند. «ما می‌توانستیم احساسی ایجاد کنیم که چیزی را لمس می‌کنید، اما بیشتر به‌طور تغیر یافته‌ای به‌همان ساده بود و معمولاً ضعیف و سخت برای تشخیص محل تماس بر روی دست بود.»

در مطالعه Nature Biomedical Engineering، پژوهشگران بر اطمینان از بازخورد لمسی از الکترودها که سازگار، محلی و به اندازه کافی قوی برای استفاده عملی باشد، تمرکز کردند. شرکت‌کنندگان گزارش می‌دادند که کجا و چقدر لمس را احساس می‌کنند زمانی که الکترودهای خاص تحریک می‌شدند و با استفاده از این اطلاعات، پژوهشگران نقشه‌های حسی دقیقی از دست ایجاد کردند.

تحریک الکترودهای مجاور به طور همزمان حس‌های قوی‌تر و شفاف‌تری تولید کرد. این توانایی کاربران را در تشخیص دقیق لمس و فشار بهبود بخشید.

«اگر یک الکترود را در روز اول تحریک کنیم و شرکت‌کننده آن را بر روی شست خود احساس کند، می‌توانیم همان الکترود را در روز ۱۰۰، روز ۱۰۰۰، حتی پس از سال‌ها تست کنیم و همچنان در تقریباً همان نقطه احساس خواهد شد». گرینسپان توضیح داد .

این سازگاری برای اینکه کاربران پروتزی به دستگاه‌هایشان اعتماد کنند، بسیار حیاتی است و وظایف روزمره مثل گرفتن اشیا را بیشتر از پیش حسی و کم‌خطا می‌کند.

افزودن حرکت و حس‌های پیچیده

به سرپرستی جیاکومو واله، پژوهشگران از نواحی حسی همپوشان در مغز بهره بردند تا حس‌هایی که بر روی دست می‌لغزند را شبیه‌سازی کنند.

شرکت‌کنندگان احساس لمس نرم و لغزشی داشتند که به هنگام تحریک شدن الکترودها در زنجیره‌ای ایجاد می‌شد. این رویکرد همچنین به آن‌ها امکان داد که اشکال و بافت‌ها را تشخیص دهند، مانند حروفی که بر روی نوک انگشتانشان ترسیم شده بود. برای مثال، کاربران قادر بودند یک دست بایونیکی را برای ثابت نگه‌داشتن فرمان خودرو که شروع به لغزیدن می‌کرد تنظیم و کنترل کنند—توانایی که واکنش‌های طبیعی به تحریک‌های پویا را شبیه‌سازی می‌کند.

پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که پیشرفت‌های بیشتر در طراحی الکترودها و تکنیک‌های جراحی جدید به بازخورد دقیق‌تری از الکترودها منجر خواهد شد. این پیشرفت‌ها هم اکنون در سیستم‌های رباتیک<|disc_score|>1 برای افراد ممکن است حتی با بازخورد لمسی ساده کنترل حرکت در پروتزها را بهبود بخشد.

علاوه بر افرادی که یکی از اعضای بدن خود را از دست داده‌اند، این فناوری می‌تواند به افرادی با دیگر از دست دادگی‌های حسی، مانند کسانی که از عمل ماستکتومی بهبود پیدا می‌کنند، نیز کمک کند.

در حالی که هنوز چالش‌هایی باقیست، این یافته‌ها پژوهشگران را به آینده‌ای نزدیک می‌کند که پروتزها نه فقط به عنوان ابزارهای عملکردی، بلکه به عنوان راهی برای حس کردن و تجربه کردن دنیا برای کاربران عمل می‌کنند.

این تحقیق در نشریه Nature Biomedical Engineering و Science منتشر شده است.