أرجل اصطناعية يتم التحكم بها عن طريق الدماغ

يخسر العديد من البشر حول العالم أطرافهم وبالتالي يحرمون من القدرة على المشي، وذلك نتيجة الحوادث وغيرها، وكان الحل الأمثل عن طريق تقنيات Bionics وأخر هذه التقنيات هي الأرجل الاصطناعية التي يتم التحكم بها عن طريق الدماغ مباشرة.

ماهوالـBionics :

هو العلم الذي يهتم بدراسة تطبيقات الأنظمة الحيوية الموجودة في الطبيعة لدراسة وتصميم الأنظمة الهندسية التي تحاكي هذه النظم الحيوية. ويسعى هذا العلم لملء الفراغ بين الإصابة (فقد العضو) والقدرة على استعادة الوظيفة المفقودة من خلال زراعة أنظمة الكتروميكانيكة (الكترونية+ميكانيكية) ضمن جسم الإنسان لتعوضه عن فقدان أحد أعضاءه الحيوية.

مؤخراً قامت إحدى الشركات بتطوير ساق اصطناعية تعمل من خلال أفكار المريض، حيث تستخدم هذه التكنولوجيا الجديدة حساسات ترسل إشارات لاسلكية إلى معالج صغري موجود في الطرف الاصطناعي لتسمح بالمزيد من الحركات الطبيعية والاستجابات الحركية اللاإرادية اللحظية والسريعة.

لم تكن الأطراف الاصطناعية التي يتم التحكم بها من خلال نبضات العضلات وليدة العصر، فقد وجدت منذ ستينات القرن الماضي، ولكن وظائفها الحيوية كانت محدودة جداً وتعاني من مشاكل كثيرة. فقد كانت تعمل من خلال تثبيت حساسات على الجلد الخارجي للطرف المبتور عند مكان البتر لتقوم بدورها بالتقاط النبضات الكهربائية التي تتحكم بالطرف الاصطناعي. ولكن هذا يسبب ضعفاً في أداء الطرف الاصطناعي ويجعله بطيءً وغير دقيق، ويتطلب الكثير من الجهد والتدريب ليعمل بشكل ملائم.

ولزيادة فعالية الأطراف الاصطناعية وتجنب مشاكلها تم استخدام حساس دقيق ذو دقة أكبر والذي يسمح لمن فقدوا أطرافهم من أن يتحكموا بالأطراف الاصطناعية عن طريق دماغهم لأداء جميع الأعمال الحركية. وقد تم استخدام هذه التقنية مسبقاً على الأذرع العلوية والأيدي الاصطناعية وحققت نجاحاً باهراً، ولكن كانت أقل نجاحاً بالنسبة للأطراف السفلية.

ويعود السبب في ذلك إلى أن الأطراف العلوية تعمل بشكل إرادي أكثر من الأطراف السفلية. فمثلاً نستخدم أيدينا لأداء أعمال تحتاج إدراكنا مثل التقاط كوب أو استعمال مفك براغي، فأدمغتنا تبذل الكثير من الجهد من أجل هذا الاتساق، بينما وعلى النقيض من ذلك، نستخدم أرجلنا للتنقل وتكون هذه الحركة أقل إدراكاً وأكثر لاإراديةً منها في الأطراف العلوية. وبشكل أساسي تحتاج الساقين لتتحكم بنفسهما إلى ردود الأفعال الناتجة عن النخاع الشوكي أكثر من حاجتها إلى الأوامر المباشرة الصادرة من الدماغ.

تم تصميم هذه الأطراف الاصطناعية السفلية التي يتم التحكم بها عن طريق الدماغ، بحيث تعمل كل أجزاء القدم (الركبة والساق) بشكل متوافق. كذلك تتميز هذه الأطراف الاصطناعية الذكية بأنها تمتلك القدرة على التعلم والتأقلم مع طريقة مشي مرتديها وسرعة المشي والتضاريس.

يعتمد مبدأ عمل نظام التحكم في الأطراف الاصطناعية على حساسات (IMES)، وهي بحجم عود الكبريت (3 مم عرضاً، 5 مم طولاً)، مزروعة في أماكن معينة ضمن بقايا النسيج العضلي عند قاعدة العضو المبتور لاستشعار الإشارات العصبية القادمة للعضلات، وفي الوقت ذاته يوجد في الساق الاصطناعية مستقبل خاص يعمل على التقاط النبضات العضلية وإرسالها إلى معالج الطرف الآلي لاسلكياً. وبالتالي يعمل نظام "حساسIMES – الطرف الاصطناعي" بآلية مشابهة لعمل النخاع الشوكي. فبدلاً من أن يتحكم من يرتدي الساق إرادياً بحركاتها، يرسل مرتدي الساق أمراً لاإرادياً إلى الطرف الاصطناعي والذي يحفز بدوره الساق لكي تتحرك.

وتبين الصورة مقارنة حجم الحساس مع عملة نقدية

هنا

وبشكل مبسط، يقوم الدماغ بإرسال نبضات إلى النهايات العصبية في العضلات التي تحفز الحركة، فتتقلص العضلات. تلتقط الحساسات المتوضعة في النسيج العضلي الإشارات، ومن ثم تكمل الإشارات طريقها إلى الأطراف الاصطناعية التي تستجيب بدورها تلقائياً لما يريده الدماغ.

صورة توضح مسار الإشارات التي تلتقطها الحساسات إلى المعالج في الطرف الاصطناعي

وبالتالي تجعل هذه التقنية حركة المستخدم والطرف الاصطناعي أكثر سهولةً وتلقائيةً ومتكاملةً بشكل أكبر. فلم يعد على المستخدمين أن يفكروا بحركاتهم، لأن ردود أفعالهم اللاإرادية تتحول بشكل تلقائي إلى نبضات كهربائية عضلية تتحكم بحركة الطرف الاصطناعي.

وقد تم اختبار هذه التقنية على متطوعين اثنين لمدة عام وكانت النتائج إيجابية لكليهما، ولازالت الاختبارات الطبية مستمرة. ومما يميز هذه التقنية ويجعل منها نجاحاً باهراً في الجيل الجديد من الأطراف الاصطناعية هو أنها لا تتكيف فقط مع الحركات الإرادية للمستخدم وإنما أيضاً مع الحركات البديهية واللاإرادية. بالإضافة إلى أنها تستخدم حساس مزروع في النسيج العضلي، في حين تتضمن التقنيات السابقة المشابهة زراعة أنسجة عضلية من مناطق أخرى من الجسم وإعادة توجيهها لأغراض أخرى، وتتطلب مرونة عصبية وتدريب للدماغ لكي تعمل.

فيديو يوضح كيفية عمل القدم

هل سنصل يوما ما إلى مراحل متقدمة من هذه التقنية تتيح للمريض استخدام الأعضاء الاصطناعية دون الشعور بأي عبء أو حتى الشعور بوجودها ...

#تكنولوجيا_طبية #أطراف_اصطناعية

المصادر:

هنا

هنا

هنا

مصدر الصور:

هنا

هنا

هنا