بالفيديو.. وداعا للطرف الصناعي وأهلا بطفرة الساق الالكترونية

في طيات ثورة علمية وطفرة في عالم الأطراف الاصطناعية، أعلن العلماء عن تطوير ما يسمى بالساق الالكترونية، تمكن الجهاز العصبي من التفاعل معها والتحكم بها بطريقة طبيعية سواء في العضلات أو أربطة الأطراف البشرية الحقيقية عن طريق الأفكار.

بحسب صحيفة ديللي ميل البريطانية، يقول مؤلف الدراسة البروفيسور هيو هير: “هذه هي أول دراسة صناعية في التاريخ تُظهر الساق الالكترونية أو بالأحرى ساقًا صناعية تحت تعديل عصبي كامل، حيث تظهر مشية محاكاة حيوية”. وفي دراستهم، التي نشرت في مجلة Nature Medicine، يزعم الباحثون أن أسلوبهم الجديد يسمح للمرضى بتلقي ردود فعل “مستقبلة للتحفيز” من الطرف.

خلال التجارب، وجد الباحثون أن هذه الساق الالكترونية تسمح للمرضى بالمشي بسرعة مثل أي شخص عادي برجل صحية دون بتر، وتطوير حركات طبيعية مثل رفع إصبع القدم أثناء صعود الدرج. وتمكن الباحثين من الوصول لهذا المستوى المعزز من التحكم بفضل تقنية البتر الجراحي الجديدة التي جربها الباحثون.

كيف تعمل الساق الالكترونية؟

في التطبيقات التقليدية، يتم لف العضلات التي تتحكم عادة في القدم حول الطرف المقطوع لتكوين حشوة ناعمة. وبدلاً من ذلك، يتطلب الجهاز من المرضى الخضوع لشكل جديد من جراحة البتر تحت الركبة، تسمى الواجهة العضلية العصبية (AMI). بحيث ترتبط أطراف العضلات ببعضها البعض بحيث يظل بإمكانها التواصل مع بعضها البعض داخل الطرف السليم.

خلال البحث السابق، اكتشف البروفيسور هير وزملاؤه أن الإشارات الصادرة عن تلك العضلات السليمة يمكن استخدامها لتكرار الحركات الطبيعية للقدم، ومن ثم  وخلال تسجيل الإشارات، يعرف الكاحل الآلي مدى صعوبة ثني القدم حتى يتمكن المريض من التحكم بشكل طبيعي في الساق الالكترونية. 

يمكن إجراء هذه العملية أثناء البتر الأولي للساق أو عند إجراء المراجعة لاحقًا – ويمكن أيضًا- تنفيذ ذلك على الذراعين؛ فقد خضع حتى الآن 60 شخصًا فقط لهذا الإجراء، لكن الباحثين يأملون أن يمهد هذا الابتكار للساق الالكترونية الطريق أمام المزيد من الأطراف الإلكترونية الطبيعية.

وداعا للأطراف الاصطناعية

تم اختبار تشغيل هذه الواجهة العصبية لهذه الساق الالكترونية بمشاركة سبعة متطوعين بُترت ساقهم، وأظهرت التجارب أن سرعة المشي لديهم زادت بنسبة 41% مقارنة بالطرف الاصطناعي التقليدي، ونتيجة لذلك بدأ المشاركون في التحرك بالسرعة نفسها. بالإضافة إلى ذلك، يتيح هذا النهج للمرضى التكيف مع الحركة على المنحدرات والسلالم والأسطح الصعبة الأخرى.

في إطار هذا المشروع لانطلاق الساق الالكترونية، طور علماء الأعصاب نوعا خاصا من الواجهات العصبية التي تسمح لهم بمراقبة نشاط العضلات المتبقية في الجزء غير المبتور من الذراع والساق واستخدامها للتحكم في تشغيل الساق الإلكترونية وغيرها من الأطراف الأخرى. وللقيام بذلك راقب العلماء كيف يتغير النشاط الكهربائي لعضلات الذراعين والساقين السليمين أثناء الحركة. واستخدم العلماء هذه البيانات؛ لإعداد برنامج يقرأ الإشارات من العضلات ويجبر الطرف الاصطناعي على اتخاذ الشكل المطلوب أثناء الحركة.

وتحفز الواجهة العصبية بطريقة مماثلة العضلات المتبقية بعد الانتهاء من كل خطوة، مما يسمح للمريض “بالشعور” بالطرف المفقود، والذي لا يختلف في نفس الوقت في خصائصه عن الساق أو الذراع الحقيقية. واختبر البروفيسور هير تشغيل هذا النظام من خلال إجراء عمليات جراحية على 14 شخصا بعد بتر الساق، حيث قام بتوصيل الأقطاب الكهربائية بالعضلات الأمامية وعضلات الساق.

وأدى إدخال هذه الأقطاب الكهربائية وربطها بنظام التحكم في الأطراف الاصطناعية الإلكترونية إلى تسريع تكيف المتطوعين إلى حد بعيد مع استخدام الطرف السيبراني وزيادة سرعة حركتهم، وسمح لهم بتعلم التغلب “التلقائي” على مختلف العقبات والسير السريع على التضاريس الوعرة.

هذا، ويقول المؤلف الرئيسي هيونغيون سونغ، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “بسبب واجهة AMI العصبية الاصطناعية، تمكنا من تعزيز تلك الإشارات العصبية، والحفاظ على أكبر قدر ممكن من الحركة بشكل طبيعي، وكان هذا قادرًا على استعادة القدرة العصبية للشخص على التحكم بشكل مستمر ومباشر في المشية الكاملة، عبر سرعات المشي المختلفة، والسلالم، والمنحدرات، وحتى تجاوز العوائق.”

والأهم من ذلك، أن الدراسة وجدت أيضًا أن المرضى كانوا أكثر ميلًا إلى القول بأنهم شعروا بأن الساق الالكترونية أو الطرف الاصطناعي الجديد كان جزءًا لا يتجزأ من أجسادهم. إذ يمكن لأفضل الأطراف الصناعية أن تساعد مبتوري الأطراف على استعادة مشيتهم الطبيعية، من خلال أجهزة الاستشعار الآلية وخوارزميات المشي المحددة مسبقًا. 

في سياق متصل، لا تزال هذه الساق الالكترونية والأطراف الصناعية لا تسمح للمريض بالتحكم في طرفه الآلي الجديد كما لو كان جزءًا من جسده الأصلي.

ويأمل العلماء بأن تسمح الإصدارات اللاحقة من هذا الطرف الاصطناعي بالجري أو القفز أو حتى الوقوف على ساق واحدة، مما سيعيد قدرتهم على الحركة بشكل كامل.