عندما يفقد شخص ما يده أو ساقه، فإنه لا يفقد فقط القدرة على مسك الأشياء أو المشي – بل يفقد القدرة على اللمس والإحساس بمحيطه. يمكن للأطراف الصناعية استعادة بعض التحكم الحركي، لكنها عادة لا تستعيد الإحساس. اليوم، تُظهر دراسة أولية تم نشرها على خادم ما قبل الطباعة لأبحاث علم الأحياء شهر يوليو / تموز الجاري – أنه من خلال محاكاة نشاط الأعصاب، فإن الجهاز المزروع في الجزء المتبقي من الساق يساعد مبتوري الأطراف على “الشعور” أثناء سيرهم، مما يسمح لهم بالتحرك بشكل أسرع وبثقة أكبر.
يقول جاكوب جورج، مهندس الأعصاب بجامعة يوتا الأمريكية، والذي لم يشارك في البحث: “إنها حقًا دراسة رائعة”. نظرا لأن التجارب تنتقل من نموذج حسابي إلى نموذج حيواني، ثم أخيرًا البشر، يقول جورج، “هذا العمل مؤثر حقًا، لأنه يمثل إحدى الدراسات الأولى التي تم إجراؤها بطريقة شاملة”.
غالبا ما يواجه المرضى الذين يستخدمون الأطراف الصناعية صعوبة في التكيف. إحدى المشكلات الكبيرة هي أنهم لا يستطيعون التحكم بدقة في الجهاز لأنهم لا يشعرون بالضغط الذي يمارسونه على شيء ما. فمبتورو الأيدي والأذرع، على سبيل المثال، هم أكثر عرضة لإسقاط الأشياء أو كسرها. نتيجة لذلك، يرفض بعض مبتوري الأطراف استخدام هذه الأطراف الصناعية.
في السنوات القليلة الماضية، عمل الباحثون على أطراف صناعية توفر ردود فعل حسية أكثر طبيعية لتسهيل التحكم في الجهاز بشكل أفضل وإعطاء الأشخاص إحساسا بالفاعلية على أطرافهم الآلية.
في دراسة نقدية في عام 2019 ، أظهر جورج وفريقه أن ما يسمى بردود الفعل المحاكية الحيوية، وهي معلومات حسية تهدف إلى تشابه الإشارات الطبيعية التي تحدث عن طريق اللمس، سمحت للمريض الذي فقد يده بالإمساك بالأشياء الهشة بدقة أكبر مثل بيض وعنب.
لكن مثل هذه الدراسات اقتصرت على المرضى الفرديين. لقد تركوا أيضًا العديد من الأسئلة دون إجابة حول كيفية مساعدة هذه التعليقات بالضبط في التحكم في المحرك وتحسين استخدام الطرف الاصطناعي.
لذلك في العمل الجديد، استخدم الباحثون نموذجًا حاسوبيًا يعيد خلق كيفية استجابة الأعصاب في القدم لمدخلات مختلفة، مثل الشعور بالضغط. كان الهدف هو إنشاء أنماط طبيعية من النشاط العصبي التي قد تحدث عند استشعار شيء ما بالقدم أو المشي.
اختبر العلماء هذه الأنماط لأول مرة في تجارب على القطط. استخدموا النموذج لتوصيل أنماط من النبضات الكهربائية إلى الأعصاب المحيطية في أقدام الحيوانات أثناء تسجيل نشاط الخلايا العصبية في النخاع الشوكي التي تتلقى مدخلات من تلك الأعصاب. كما كانوا يأملون، بدت استجابات الخلايا العصبية الشوكية لتحفيز المحاكاة الحيوية من النموذج مشابهة لاستجابة القطط للمس الفعلي – مثل مسحة مخلب القطة بقطعة قطن.
لاختبار النهج على البشر، زرع الباحثون جهازًا في أرجل ثلاثة أفراد بترت أطرافهم السفلية. تضمن الجهاز مستشعرًا يسجل معلومات الضغط من القدم الروبوتية أثناء المشي وأقطاب كهربائية مزروعة في الأعصاب الطرفية للساق. إنه “يستشعر” بشكل فعال أحاسيس المشي وينقل هذه المعلومات إلى الجهاز العصبي لمبتور الأطراف لمحاولة محاكاة الأحاسيس المرتبطة بالمشي.
لمعرفة أي نوع من التحفيز يبدو أكثر طبيعية، طبق الباحثون إما التحفيز الحيوي من النموذج أو دفقًا ثابتًا من النبضات الكهربائية. صنف المشاركون التحفيز الحيوي على أنه شعور طبيعي أكثر. عندما يحصلون على تدفق مستمر من النبضات، “كانوا يقولون أشياء مثل” شعرت وكأن ساقي موصولة بالكهرباء”، وهو ما نريد بالطبع تجنبه”، كما يقول مؤلف الدراسة ومهندس الأعصاب ستانيسا راسبوبوفيتش.
كان مبتورو الأطراف قادرين على المشي صعودًا ونزولاً على السلالم بشكل أسرع باستخدام المحاكاة الحيوية مقارنةً بالتحفيز المستمر، حيث تمكنوا من إكمال حوالي نصف لفة أكثر من الدائرة في كل جلسة. عندما سئل المشاركون بعد المهمة، قالوا إنهم شعروا بمزيد من الثقة عند المشي باستخدام التحفيز الطبيعي. أخيرًا، عندما طلب الباحثون من المتطوعين قراءة كلمة مكونة من خمسة أحرف للخلف أثناء سيرهم، كانت محاولهم أكثر دقة بنسبة 20٪ أثناء تحفيز المحاكاة الحيوية. قد يكون السبب في ذلك هو أن الانتباه مورد محدود، كما أن امتلاك شعور طبيعي بأطراف صناعية يمكن أن يفتح العقل على الاهتمام بأشياء أخرى، كما يقول جريجوري كلارك، مهندس الأعصاب في جامعة يوتا الذي لم يشارك في البحث.
يأملراسبوبوفيتشأن تستمر مجموعته والآخرون في تحسين هذه التكنولوجيا.
من جهته، يلاحظ جورج أن الأطراف الاصطناعية لليد الحالية يمكنها فقط استهداف بضع مئات من أكثر من 10000 عصب في اليد، على سبيل المثال، مما يحد مما يمكنهم فعله. “تخيل أنك هذا الرسام اللامع، ولديك هذه الرؤية المذهلة، لكن الشيء الوحيد الذي عليك رسمه هو الطلاء بالأبيض والأسود.”
يمكن أن يساعد الفهم الأكثر تفصيلاً لكيفية اكتشاف الجهاز العصبي للجوانب المختلفة للمس وتوصيلها في تحسين هذه الأجهزة. يقول كلارك إن الأحاسيس مثل الضغط والألم ودرجة الحرارة، يمكن أن تساعد الباحثين على خلق تجربة حسية تشبه الواقع إلى حد كبير وتجعلك تشعر في النهاية بأنها مطابقة للطرف المفقود، على سبيل المثال. “هدفنا – أن يشعر الناس بالراحة مرة أخرى.”
