الوصلات العصبية والتغذية الراجعة الحسية

تتعلق الوصلات العصبية والتغذية الراجعة الحسية بالوصلة ثنائية الاتجاه بين الطرف الاصطناعي المزود بالطاقة والجهاز العصبي للمستخدم. يقرأ المسار الصادر النية—من نشاط العضلات المتبقية، أو الأعصاب المعاد توجيهها جراحيًا، أو مباشرة من الأعصاب الطرفية—ويحولها إلى أوامر للجهاز. يغلق المسار الوارد الحلقة عن طريق إيصال معلومات اللمس أو القوة أو الموضع مرة أخرى إلى المستخدم، بحيث لا يتم التحكم في الطرف فحسب، بل يتم الإحساس به أيضًا. تحدد هذه العوامل معًا الهدف من الطرف الاصطناعي البديهي ثنائي الاتجاه.

Definition

الوصلة العصبية للأطراف الاصطناعية هي النظام الذي ينقل الأوامر الحركية من الجهاز العصبي أو العضلي للمستخدم إلى الجهاز، وفي التصميمات ثنائية الاتجاه، يعيد الإشارات الحسية إلى المستخدم، مما يتيح التحكم والإحساس بالطرف الاصطناعي.

Scope

يغطي الموضوع واجهات الأوامر (الناقلة) والتغذية الراجعة (الواردة) المستخدمة مع الأطراف الاصطناعية المزودة بالطاقة: التحكم الكهروميكانيكي، إعادة تعصيب العضلات المستهدفة، واجهات الأعصاب الطرفية، ووسائل استعادة الإحساس اللمسي والحس العميق. ويركز على المبادئ ونتائج الأبحاث، وليس على التقنية الجراحية أو تركيب الجهاز. وهو مرجع تعليمي ولا يقدم أي تعليمات سريرية.

Core questions

• كيف يتم استخلاص نية الحركة—من العضلات، أو الأعصاب المنقولة، أو الأعصاب الطرفية؟
• ما هي إعادة تعصيب العضلات المستهدفة، ولماذا تحسن التحكم؟
• كيف يمكن إيصال اللمس والحس العميق مرة أخرى إلى مستخدم الطرف الاصطناعي؟
• ماذا يعني أن يكون الطرف الاصطناعي 'ثنائي الاتجاه'؟

Key concepts

• المسارات الصادرة (الأوامر) مقابل المسارات الواردة (التغذية الراجعة)
• التحكم الكهروميكانيكي السطحي وداخل العضلات
• إعادة تعصيب العضلات المستهدفة
• واجهات الأعصاب الطرفية (أقطاب الكفة وداخل العصب)
• التحفيز العصبي للإحساس اللمسي
• الأطراف الاصطناعية ثنائية الاتجاه (الحلقة المغلقة)
• التجسيد والتحكم البديهي

Mechanisms

على جانب الأوامر، تسجل الأقطاب الكهربائية السطحية أو داخل العضلات النشاط الكهروميكانيكي من العضلات المتبقية، والذي يقوم جهاز فك التشفير بتحويله إلى حركات للطرف الاصطناعي. تقوم إعادة تعصيب العضلات المستهدفة بنقل الأعصاب التي كانت تخدم الطرف المفقود جراحيًا إلى عضلات احتياطية، مما يخلق مواقع تحكم جديدة وذات مغزى فسيولوجي تنتج إشارات كهروميكانيكية أغنى للأذرع متعددة الوظائف [kuiken-2009]؛ وقد أدت نفس الإشارات المفككة إلى تشغيل ساق آلية لدى مبتور الأطراف مع عمليات نقل الأعصاب [hargrove-2013]. على جانب التغذية الراجعة، يمكن أن يثير التحفيز الكهربائي من خلال أقطاب الأعصاب الطرفية أحاسيس لمس موضعية تُنسب إلى اليد المفقودة، مما يوفر إدراكات متدرجة ومستقرة بمرور الوقت [tan-2014]، وعندما يقترن بأجهزة استشعار على اليد الاصطناعية في الوقت الفعلي، فإنه يغلق الحلقة للتحكم ثنائي الاتجاه [raspopovic-2014]. تسرد المراجعات طرق التغذية الراجعة—الكهربائية اللمسية، والاهتزازية اللمسية، والميكانيكية اللمسية، والعصبية المباشرة—المستخدمة لتحقيق هذا الهدف [schofield-2014].

Clinical relevance

تتم دراسة استعادة التحكم والإحساس البديهي كوسيلة لجعل الأطراف الاصطناعية أسهل في الاستخدام، وأقل تطلبًا معرفيًا، وأكثر قابلية للاندماج في صورة الجسم لدى المستخدم. تصف تقارير الأبحاث تحكمًا متعدد الوظائف أكثر طبيعية بعد إعادة التعصيب [kuiken-2009] واستعادة إدراك اللمس من خلال تحفيز الأعصاب [tan-2014][raspopovic-2014]. يشرح هذا المدخل المفاهيم ويلخص النتائج؛ وهو ليس إرشادًا جراحيًا أو سريريًا، والتقنيات الموصوفة متخصصة وتحت البحث إلى حد كبير.

Evidence & guidelines

تتكون الأدلة بشكل أساسي من دراسات صغيرة ومتخصصة للغاية وسلاسل حالات توضح الجدوى وإثبات المفهوم [kuiken-2009][tan-2014][raspopovic-2014][hargrove-2013]، تم تجميعها بواسطة مراجعات سردية لطرق التغذية الراجعة [schofield-2014]. لا تزال العديد من الأساليب—خاصة واجهات الأعصاب الطرفية المباشرة والأنظمة ثنائية الاتجاه بالكامل—في مرحلة البحث بدلاً من الرعاية الروتينية، ولا يوجد إرشادات واسعة النطاق لمعايير الرعاية الخاصة بها.

History

استُخدم التحكم الكهروميكانيكي في الأطراف الاصطناعية منذ منتصف القرن العشرين، لكنه قدم لفترة طويلة أوامر محدودة وغير بديهية وبدون استعادة حسية. أدت إعادة تعصيب العضلات المستهدفة في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين إلى توسيع نطاق التحكم البديهي في الأذرع متعددة الوظائف [kuiken-2009]. في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، بدأ تحفيز الأعصاب الطرفية في استعادة اللمس المتدرج والمستقر [tan-2014] وتم دمجه مع مستشعرات الأطراف الاصطناعية لإنشاء أيدي ثنائية الاتجاه في الوقت الفعلي [raspopovic-2014]، مما نقل المجال من التحكم أحادي الاتجاه نحو واجهات الحلقة المغلقة.

Debates

الواجهات غير الغازية مقابل الواجهات الغازية

تعد الواجهات الكهروميكانيكية السطحية والتغذية الراجعة القائمة على الجلد غير غازية ومنخفضة المخاطر ولكنها تقدم إشارات أكثر خشونة، بينما تعد واجهات الأعصاب والعضلات المزروعة بتحكم وإحساس أكثر انتقائية وطبيعية على حساب الجراحة ومخاوف الاستقرار على المدى الطويل.

هل تعمل التغذية الراجعة الحسية المضافة على تحسين الوظيفة في العالم الحقيقي؟

يمكن أن يعزز الإحساس المستعاد التجسيد وأداء مهام معينة في الدراسات، ولكن ما إذا كان ينتج مكاسب وظيفية دائمة وقابلة للتعميم في الاستخدام اليومي لا يزال قيد التحديد.

Seminal works

• kuiken-2009
• tan-2014
• raspopovic-2014

Frequently asked questions

ما هي إعادة تعصيب العضلات المستهدفة؟

هي إجراء جراحي يتم فيه نقل الأعصاب التي كانت تتحكم في الطرف المبتور إلى العضلات المتبقية. عندما يفكر المستخدم في تحريك الطرف المفقود، تنقبض تلك العضلات، مما ينتج إشارات كهربائية يمكن للطرف الاصطناعي الكهروميكانيكي قراءتها للتحكم بشكل أكثر بديهية.

هل يمكن ليد اصطناعية أن تجعل المستخدم يشعر باللمس؟

لقد استعادت الأطراف الاصطناعية البحثية الإحساس باللمس عن طريق تحفيز الأعصاب الطرفية للمستخدم كهربائيًا بأنماط مرتبطة بأجهزة استشعار على اليد. لا تزال هذه الأنظمة ثنائية الاتجاه تجريبية إلى حد كبير وليست أجهزة سريرية قياسية.