رابط‌های عصبی و بازخورد حسی

رابط‌های عصبی و بازخورد حسی به ارتباط دوطرفه بین یک پروتز فعال و سیستم عصبی کاربر مربوط می‌شوند. مسیر خروجی، قصد حرکت را — از فعالیت عضلانی باقیمانده، اعصاب بازسازی‌شده جراحی، یا مستقیماً از اعصاب محیطی — می‌خواند و آن را به دستورات دستگاه تبدیل می‌کند. مسیر ورودی با ارائه اطلاعات لمس، نیرو یا موقعیت به کاربر، حلقه را می‌بندد، به طوری که اندام نه تنها کنترل می‌شود بلکه احساس نیز می‌گردد. این دو با هم هدف یک پروتز دوطرفه و شهودی را تعریف می‌کنند.

Definition

رابط عصبی برای پروتزها سیستمی است که دستورات حرکتی را از سیستم عصبی یا عضلانی کاربر به یک دستگاه منتقل می‌کند و در طراحی‌های دوطرفه، سیگنال‌های حسی را به کاربر بازمی‌گرداند و امکان کنترل و احساس یک اندام مصنوعی را فراهم می‌آورد.

Scope

این موضوع شامل رابط‌های فرمان (وابران) و بازخورد (آوران) مورد استفاده در پروتزهای فعال است: کنترل مایوالکتریک، بازعصب‌دهی هدفمند عضلانی، رابط‌های عصب محیطی، و ابزارهای بازیابی حس لامسه و حس عمقی. این مبحث بر اصول و یافته‌های پژوهشی تمرکز دارد، نه بر تکنیک جراحی یا تنظیم دستگاه. این یک منبع آموزشی-مرجع است و هیچ دستورالعمل بالینی ارائه نمی‌دهد.

Core questions

• قصد حرکت چگونه استخراج می‌شود — از عضلات، اعصاب منتقل شده، یا اعصاب محیطی؟
• بازعصب‌دهی هدفمند عضلانی چیست و چرا کنترل را بهبود می‌بخشد؟
• چگونه می‌توان لمس و حس عمقی را به کاربر پروتز بازگرداند؟
• برای یک پروتز «دوطرفه» بودن به چه معناست؟

Key concepts

• مسیرهای وابران (فرمان) در مقابل آوران (بازخورد)
• کنترل مایوالکتریک سطحی و داخل عضلانی
• بازعصب‌دهی هدفمند عضلانی
• رابط‌های عصب محیطی (الکترودهای کاف و داخل عصبی)
• تحریک عصبی برای حس لامسه
• پروتزهای دوطرفه (حلقه بسته)
• تجسم و کنترل شهودی

Mechanisms

در سمت فرمان، الکترودهای سطحی یا داخل عضلانی فعالیت الکترومیوگرافیک را از عضلات باقیمانده ثبت می‌کنند، که یک رمزگشا آن را به حرکات پروتز نگاشت می‌کند. بازعصب‌دهی هدفمند عضلانی، اعصابی را که زمانی به اندام از دست رفته خدمت می‌کردند، به صورت جراحی به عضلات سالم منتقل می‌کند و سایت‌های کنترلی جدید و از نظر فیزیولوژیکی معنی‌داری ایجاد می‌کند که سیگنال‌های مایوالکتریک غنی‌تری را برای بازوهای چندکاره تولید می‌کنند [kuiken-2009]؛ همین سیگنال‌های رمزگشایی شده یک پای فعال را در یک فرد قطع عضو با انتقال عصب به حرکت درآورده‌اند [hargrove-2013]. در سمت بازخورد، تحریک الکتریکی از طریق الکترودهای عصب محیطی می‌تواند احساسات لمسی موضعی را که به دست از دست رفته ارجاع داده می‌شوند، برانگیزد و ادراکات تدریجی و پایداری را در طول زمان فراهم کند [tan-2014] و هنگامی که به حسگرهای روی دست پروتزی در زمان واقعی متصل می‌شود، حلقه را برای کنترل دوطرفه می‌بندد [raspopovic-2014]. بررسی‌ها، روش‌های بازخورد — الکتروتاکتیل، ویبروتاکتیل، مکانوتاکتیل، و عصبی مستقیم — را که برای این هدف استفاده می‌شوند، فهرست می‌کنند [schofield-2014].

Clinical relevance

بازیابی کنترل و حس شهودی به عنوان راهی برای آسان‌تر کردن استفاده از پروتزها، کاهش نیازهای شناختی، و ادغام آسان‌تر آنها در تصویر بدنی کاربر مورد مطالعه قرار می‌گیرد. گزارش‌های پژوهشی کنترل چندکاره طبیعی‌تر را پس از بازعصب‌دهی [kuiken-2009] و بازیابی ادراک لمس از طریق تحریک عصبی [tan-2014][raspopovic-2014] توصیف می‌کنند. این مدخل مفاهیم را توضیح می‌دهد و یافته‌ها را خلاصه می‌کند؛ این یک راهنمای جراحی یا بالینی نیست، و تکنیک‌های توصیف شده تخصصی و عمدتاً تحقیقاتی هستند.

Evidence & guidelines

شواهد عمدتاً شامل مطالعات کوچک و بسیار تخصصی و مجموعه‌ای از موارد است که امکان‌سنجی و اثبات مفهوم را نشان می‌دهند [kuiken-2009][tan-2014][raspopovic-2014][hargrove-2013]، که توسط بررسی‌های روایی از روش‌های بازخورد [schofield-2014] ترکیب شده‌اند. بسیاری از رویکردها — به ویژه رابط‌های مستقیم عصب محیطی و سیستم‌های کاملاً دوطرفه — در مرحله تحقیق باقی مانده‌اند تا مراقبت‌های معمول، و هیچ دستورالعمل استاندارد مراقبتی گسترده‌ای برای آنها وجود ندارد.

History

کنترل مایوالکتریک از اواسط قرن بیستم در پروتزها استفاده شده است، اما مدت‌ها دستورات محدود و غیرشهودی و بدون بازگشت حسی ارائه می‌داد. بازعصب‌دهی هدفمند عضلانی در دهه ۲۰۰۰ کنترل شهودی بازوهای چندکاره را گسترش داد [kuiken-2009]. در دهه ۲۰۱۰، تحریک عصب محیطی شروع به بازیابی لمس تدریجی و پایدار کرد [tan-2014] و با حسگرهای پروتزی ادغام شد تا دست‌های دوطرفه در زمان واقعی ایجاد کند [raspopovic-2014]، که این حوزه را از کنترل یک‌طرفه به سمت رابط‌های حلقه بسته سوق داد.

Debates

رابط‌های غیرتهاجمی در مقابل تهاجمی

مایوالکتریک سطحی و بازخورد مبتنی بر پوست غیرتهاجمی و کم‌خطرتر هستند اما سیگنال‌های خشن‌تری ارائه می‌دهند، در حالی که رابط‌های عصبی و عضلانی کاشته شده کنترل و حس انتخابی‌تر و طبیعی‌تری را به قیمت جراحی و نگرانی‌های پایداری طولانی‌مدت وعده می‌دهند.

آیا بازخورد حسی اضافه شده عملکرد واقعی را بهبود می‌بخشد؟

حس بازیابی شده می‌تواند تجسم و عملکرد وظایف خاصی را در مطالعات افزایش دهد، اما اینکه آیا این امر منجر به دستاوردهای عملکردی پایدار و قابل تعمیم در استفاده روزمره می‌شود، هنوز در حال بررسی است.

Seminal works

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

Frequently asked questions

بازعصب‌دهی هدفمند عضلانی چیست؟

این یک روش جراحی است که اعصابی را که زمانی اندام قطع شده را کنترل می‌کردند، به عضلات باقیمانده منتقل می‌کند. هنگامی که کاربر به حرکت دادن اندام از دست رفته فکر می‌کند، آن عضلات منقبض می‌شوند و سیگنال‌های الکتریکی تولید می‌کنند که یک پروتز مایوالکتریک می‌تواند برای کنترل شهودی‌تر آنها را بخواند.

آیا یک دست پروتزی می‌تواند به کاربر اجازه دهد لمس را احساس کند؟

پروتزهای تحقیقاتی حس لمس را با تحریک الکتریکی اعصاب محیطی کاربر در الگوهایی که به حسگرهای روی دست متصل هستند، بازیابی کرده‌اند. این سیستم‌های دوطرفه هنوز عمدتاً تجربی هستند تا دستگاه‌های بالینی استاندارد.