तंत्रिका इंटरफेस और संवेदी प्रतिक्रिया

तंत्रिका इंटरफेस और संवेदी प्रतिक्रिया एक संचालित प्रोस्थेसिस और उपयोगकर्ता के तंत्रिका तंत्र के बीच दो-तरफा संबंध से संबंधित हैं। बाहर जाने वाला मार्ग इरादे को पढ़ता है—अवशिष्ट मांसपेशियों की गतिविधि, शल्यचिकित्सा से पुनर्निर्देशित नसों, या सीधे परिधीय नसों से—और इसे डिवाइस कमांड में बदल देता है। आने वाला मार्ग स्पर्श, बल, या स्थिति की जानकारी उपयोगकर्ता को वापस देकर लूप को बंद कर देता है, ताकि अंग को न केवल नियंत्रित किया जा सके बल्कि महसूस भी किया जा सके। ये मिलकर एक द्वि-दिशात्मक, सहज प्रोस्थेसिस के लक्ष्य को परिभाषित करते हैं।

Definition

प्रोस्थेटिक्स के लिए एक तंत्रिका इंटरफेस वह प्रणाली है जो उपयोगकर्ता के तंत्रिका या मांसपेशी प्रणाली से मोटर कमांड को एक डिवाइस में प्रसारित करती है और, द्वि-दिशात्मक डिजाइनों में, संवेदी संकेतों को उपयोगकर्ता को वापस करती है, जिससे एक कृत्रिम अंग का नियंत्रण और संवेदना सक्षम होती है।

Scope

यह विषय संचालित प्रोस्थेसिस के साथ उपयोग किए जाने वाले कमांड (अपवाही) और प्रतिक्रिया (अभिवाही) इंटरफेस को कवर करता है: मायोइलेक्ट्रिक नियंत्रण, लक्षित मांसपेशी पुनर्विकास, परिधीय तंत्रिका इंटरफेस, और स्पर्शनीय और प्रोप्रियोसेप्टिव संवेदना को बहाल करने के साधन। यह सिद्धांतों और शोध निष्कर्षों पर केंद्रित है, न कि सर्जिकल तकनीक या डिवाइस फिटिंग पर। यह संदर्भ-शैक्षणिक है और कोई नैदानिक ​​निर्देश प्रदान नहीं करता है।

Core questions

• गति के इरादे को कैसे निकाला जाता है—मांसपेशियों, स्थानांतरित नसों, या परिधीय नसों से?
• लक्षित मांसपेशी पुनर्विकास क्या है, और यह नियंत्रण में सुधार क्यों करता है?
• एक प्रोस्थेसिस उपयोगकर्ता को स्पर्श और प्रोप्रियोसेप्शन कैसे वापस दिया जा सकता है?
• एक प्रोस्थेसिस के 'द्वि-दिशात्मक' होने का क्या अर्थ है?

Key concepts

• अपवाही (कमांड) बनाम अभिवाही (प्रतिक्रिया) मार्ग
• सतह और इंट्रामस्कुलर मायोइलेक्ट्रिक नियंत्रण
• लक्षित मांसपेशी पुनर्विकास
• परिधीय तंत्रिका इंटरफेस (कफ और इंट्रान्यूरल इलेक्ट्रोड)
• स्पर्शनीय संवेदना के लिए तंत्रिका उत्तेजना
• द्वि-दिशात्मक (बंद-लूप) प्रोस्थेसिस
• अवतार और सहज नियंत्रण

Mechanisms

कमांड पक्ष पर, सतह या इंट्रामस्कुलर इलेक्ट्रोड अवशिष्ट मांसपेशियों से इलेक्ट्रोमायोग्राफिक गतिविधि को रिकॉर्ड करते हैं, जिसे एक डिकोडर प्रोस्थेसिस आंदोलनों में मैप करता है। लक्षित मांसपेशी पुनर्विकास शल्यचिकित्सा से उन नसों को स्थानांतरित करता है जो एक बार खोए हुए अंग की सेवा करती थीं, जिससे नए, शारीरिक रूप से सार्थक नियंत्रण स्थल बनते हैं जो बहुक्रियाशील बाहों के लिए समृद्ध मायोइलेक्ट्रिक संकेत उत्पन्न करते हैं [kuiken-2009]; उन्हीं डिकोडेड संकेतों ने तंत्रिका स्थानांतरण वाले एक विच्छेदन रोगी में एक संचालित पैर को चलाया है [hargrove-2013]। प्रतिक्रिया पक्ष पर, परिधीय तंत्रिका इलेक्ट्रोड के माध्यम से विद्युत उत्तेजना लापता हाथ से संदर्भित स्थानीयकृत स्पर्श संवेदनाओं को उत्तेजित कर सकती है, जो समय के साथ श्रेणीबद्ध, स्थिर धारणाएं प्रदान करती है [tan-2014] और, जब वास्तविक समय में प्रोस्थेटिक हाथ पर सेंसर से जोड़ा जाता है, तो द्वि-दिशात्मक नियंत्रण के लिए लूप को बंद कर देती है [raspopovic-2014]। समीक्षाएं इस उद्देश्य के लिए उपयोग की जाने वाली प्रतिक्रिया विधियों—इलेक्ट्रोटैक्टाइल, वाइब्रोटैक्टाइल, मैकेनोटैक्टाइल, और प्रत्यक्ष तंत्रिका—को सूचीबद्ध करती हैं [schofield-2014]।

Clinical relevance

सहज नियंत्रण और संवेदना को बहाल करना प्रोस्थेसिस को उपयोग में आसान, संज्ञानात्मक रूप से कम मांग वाला, और उपयोगकर्ता की शारीरिक छवि में अधिक आसानी से शामिल करने के तरीके के रूप में अध्ययन किया जाता है। शोध रिपोर्टें पुनर्विकास के बाद अधिक प्राकृतिक बहुक्रियाशील नियंत्रण [kuiken-2009] और तंत्रिका उत्तेजना के माध्यम से बहाल स्पर्श धारणा [tan-2014][raspopovic-2014] का वर्णन करती हैं। यह प्रविष्टि अवधारणाओं की व्याख्या करती है और निष्कर्षों का सारांश प्रस्तुत करती है; यह सर्जिकल या नैदानिक ​​मार्गदर्शन नहीं है, और वर्णित तकनीकें विशेष और बड़े पैमाने पर जांच के अधीन हैं।

Evidence & guidelines

साक्ष्य में मुख्य रूप से छोटे, अत्यधिक विशिष्ट अध्ययन और केस श्रृंखलाएं शामिल हैं जो व्यवहार्यता और अवधारणा के प्रमाण को प्रदर्शित करती हैं [kuiken-2009][tan-2014][raspopovic-2014][hargrove-2013], जिन्हें प्रतिक्रिया विधियों की कथात्मक समीक्षाओं द्वारा संश्लेषित किया गया है [schofield-2014]। कई दृष्टिकोण—विशेष रूप से प्रत्यक्ष परिधीय तंत्रिका इंटरफेस और पूरी तरह से द्वि-दिशात्मक प्रणालियां—नियमित देखभाल के बजाय अनुसंधान-चरण में बनी हुई हैं, और उनके लिए कोई व्यापक मानक-देखभाल दिशानिर्देश नहीं है।

History

मायोइलेक्ट्रिक नियंत्रण का उपयोग बीसवीं सदी के मध्य से प्रोस्थेटिक्स में किया जाता रहा है, लेकिन इसने लंबे समय तक सीमित, गैर-सहज कमांड और कोई संवेदी वापसी प्रदान नहीं की। 2000 के दशक में लक्षित मांसपेशी पुनर्विकास ने बहुक्रियाशील बाहों के सहज नियंत्रण का विस्तार किया [kuiken-2009]। 2010 के दशक में, परिधीय तंत्रिका उत्तेजना ने श्रेणीबद्ध, स्थिर स्पर्श को बहाल करना शुरू किया [tan-2014] और वास्तविक समय द्वि-दिशात्मक हाथों को बनाने के लिए प्रोस्थेटिक सेंसर के साथ एकीकृत किया गया [raspopovic-2014], जिससे यह क्षेत्र एकतरफा नियंत्रण से बंद-लूप इंटरफेस की ओर बढ़ गया।

Debates

गैर-आक्रामक बनाम आक्रामक इंटरफेस

सतह मायोइलेक्ट्रिक और त्वचा-आधारित प्रतिक्रिया गैर-आक्रामक और कम जोखिम वाली होती है लेकिन मोटे संकेत प्रदान करती है, जबकि प्रत्यारोपित तंत्रिका और मांसपेशी इंटरफेस सर्जरी और दीर्घकालिक स्थिरता संबंधी चिंताओं की लागत पर अधिक चयनात्मक, प्राकृतिक नियंत्रण और संवेदना का वादा करते हैं।

क्या अतिरिक्त संवेदी प्रतिक्रिया वास्तविक दुनिया के कार्य में सुधार करती है?

बहाल संवेदना अवतार और अध्ययनों में कुछ कार्य प्रदर्शन को बढ़ा सकती है, लेकिन क्या यह रोजमर्रा के उपयोग में स्थायी, सामान्यीकृत कार्यात्मक लाभ पैदा करती है, यह अभी भी स्थापित किया जा रहा है।

Seminal works

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

Frequently asked questions

लक्षित मांसपेशी पुनर्विकास क्या है?

यह एक शल्य प्रक्रिया है जो उन नसों को स्थानांतरित करती है जो एक बार विच्छेदन किए गए अंग को शेष मांसपेशियों पर नियंत्रित करती थीं। जब उपयोगकर्ता लापता अंग को स्थानांतरित करने के बारे में सोचता है, तो वे मांसपेशियां सिकुड़ती हैं, जिससे विद्युत संकेत उत्पन्न होते हैं जिन्हें एक मायोइलेक्ट्रिक प्रोस्थेसिस अधिक सहज नियंत्रण के लिए पढ़ सकता है।

क्या एक प्रोस्थेटिक हाथ उपयोगकर्ता को स्पर्श महसूस करने दे सकता है?

अनुसंधान प्रोस्थेसिस ने हाथ पर सेंसर से जुड़े पैटर्न में उपयोगकर्ता की परिधीय नसों को विद्युत रूप से उत्तेजित करके स्पर्श की भावना को बहाल किया है। ये द्वि-दिशात्मक प्रणालियां अभी भी बड़े पैमाने पर प्रायोगिक हैं न कि मानक नैदानिक ​​उपकरण।