Nöral Arayüzler ve Duyusal Geri Bildirim
Nöral arayüzler ve duyusal geri bildirim, güçlendirilmiş bir protez ile kullanıcının sinir sistemi arasındaki iki yönlü bağlantıyı ele almaktadır. Giden yol, kalan kas aktivitesinden, cerrahi olarak yeniden yönlendirilmiş sinirlerden veya doğrudan periferik sinirlerden gelen niyeti okur ve bunu cihaz komutlarına dönüştürür. Gelen yol ise dokunma, kuvvet veya konum bilgisini kullanıcıya geri ileterek döngüyü kapatır, böylece uzuv sadece kontrol edilmekle kalmaz, aynı zamanda hissedilir. Bunlar birlikte, çift yönlü, sezgisel bir protezin hedefini tanımlamaktadır.
Tanım
Protezler için nöral bir arayüz, motor komutları kullanıcının sinir veya kas sisteminden bir cihaza ileten ve çift yönlü tasarımlarda duyusal sinyalleri kullanıcıya geri göndererek yapay bir uzvun kontrolünü ve duyusunu sağlayan sistemdir.
Kapsam
Bu konu, güçlendirilmiş protezlerle kullanılan komut (efferant) ve geri bildirim (afferant) arayüzlerini kapsamaktadır: miyoelektrik kontrol, hedefli kas reinnervasyonu, periferik sinir arayüzleri ve dokunsal ile propriyoseptif duyuyu geri kazandırma yöntemleri. Cerrahi teknik veya cihaz uyumu yerine, ilkelere ve araştırma bulgularına odaklanmaktadır. Referans-eğitimsel nitelikte olup, klinik bir talimat sunmamaktadır.
Temel sorular
- Hareket niyeti kaslardan, transfer edilmiş sinirlerden veya periferik sinirlerden nasıl çıkarılmaktadır?
- Hedefli kas reinnervasyonu nedir ve kontrolü neden iyileştirmektedir?
- Dokunma ve propriyosepsiyon bir protez kullanıcısına nasıl geri iletilebilir?
- Bir protezin 'çift yönlü' olması ne anlama gelmektedir?
Anahtar kavramlar
- Efferant (komut) ve afferant (geri bildirim) yolları
- Yüzey ve kas içi miyoelektrik kontrol
- Hedefli kas reinnervasyonu
- Periferik sinir arayüzleri (manşet ve intraneural elektrotlar)
- Dokunsal duyu için nöral stimülasyon
- Çift yönlü (kapalı döngü) protezler
- Vücutlaşma ve sezgisel kontrol
Mekanizmalar
Komut tarafında, yüzey veya kas içi elektrotlar, kalan kaslardan elektromiyografik aktiviteyi kaydeder ve bir kod çözücü bunu protez hareketlerine dönüştürür. Hedefli kas reinnervasyonu, bir zamanlar kaybedilen uzva hizmet eden sinirleri yedek kaslara cerrahi olarak aktarır; bu, çok fonksiyonlu kollar için daha zengin miyoelektrik sinyaller üreten yeni, fizyolojik olarak anlamlı kontrol bölgeleri oluşturur [kuiken-2009]; aynı çözülmüş sinyaller, sinir transferleri olan bir ampute hastada güçlendirilmiş bir bacağı çalıştırmıştır [hargrove-2013]. Geri bildirim tarafında ise, periferik sinir elektrotları aracılığıyla elektriksel stimülasyon, eksik ele atfedilen lokalize dokunma duyularını uyandırabilir, zamanla dereceli, stabil algılar sağlayabilir [tan-2014] ve protez eldeki sensörlerle gerçek zamanlı olarak birleştirildiğinde, çift yönlü kontrol için döngüyü kapatabilir [raspopovic-2014]. Derlemeler, bu amaca yönelik kullanılan geri bildirim modalitelerini—elektrotaktil, vibrotaktil, mekanotaktil ve doğrudan nöral—kataloglamaktadır [schofield-2014].
Klinik önem
Sezgisel kontrol ve duyuyu geri kazandırmak, protezleri daha kolay kullanılabilir, bilişsel olarak daha az zorlayıcı ve kullanıcının vücut imajına daha kolay entegre edilebilir hale getirmenin bir yolu olarak incelenmektedir. Araştırma raporları, reinnervasyon sonrası daha doğal çok fonksiyonlu kontrolü [kuiken-2009] ve sinir stimülasyonu yoluyla geri kazanılan dokunma algısını [tan-2014][raspopovic-2014] tanımlamaktadır. Bu madde, kavramları açıklamakta ve bulguları özetlemektedir; cerrahi veya klinik bir rehberlik değildir ve açıklanan teknikler uzmanlaşmış ve büyük ölçüde araştırmaya dayalıdır.
Kanıt ve kılavuzlar
Kanıtlar, esas olarak uygulanabilirlik ve konsept kanıtını gösteren küçük, oldukça uzmanlaşmış çalışmalar ve vaka serilerinden oluşmaktadır [kuiken-2009][tan-2014][raspopovic-2014][hargrove-2013]; bunlar, geri bildirim yöntemlerinin anlatısal derlemeleriyle sentezlenmiştir [schofield-2014]. Birçok yaklaşım—özellikle doğrudan periferik sinir arayüzleri ve tamamen çift yönlü sistemler—rutin bakım yerine araştırma aşamasında kalmaktadır ve bunlar için geniş bir bakım standardı kılavuzu bulunmamaktadır.
Tarihçe
Miyoelektrik kontrol, yirminci yüzyılın ortalarından beri protezlerde kullanılmaktadır, ancak uzun süre sınırlı, sezgisel olmayan komutlar sunmuş ve duyusal geri dönüş sağlamamıştır. 2000'li yıllarda hedefli kas reinnervasyonu, çok fonksiyonlu kolların sezgisel kontrolünü genişletmiştir [kuiken-2009]. 2010'lu yıllarda, periferik sinir stimülasyonu dereceli, stabil dokunmayı geri kazandırmaya başlamış [tan-2014] ve gerçek zamanlı çift yönlü eller oluşturmak için protez sensörleriyle entegre edilerek alanı tek yönlü kontrolden kapalı döngü arayüzlerine doğru ilerletmiştir [raspopovic-2014].
Tartışmalar
- Non-invaziv ve invaziv arayüzler
- Yüzey miyoelektrik ve cilt tabanlı geri bildirim non-invaziv ve daha düşük riskli olmakla birlikte daha kaba sinyaller sunarken, implante edilmiş sinir ve kas arayüzleri, cerrahi maliyeti ve uzun vadeli stabilite endişeleri pahasına daha seçici, doğal kontrol ve duyu vaat etmektedir.
- Eklenen duyusal geri bildirim gerçek dünya işlevini iyileştirmekte midir?
- Geri kazanılan duyu, çalışmalarda vücutlaşmayı ve belirli görev performansını artırabilmektedir, ancak günlük kullanımda kalıcı, genellenebilir fonksiyonel kazanımlar sağlayıp sağlamadığı hala belirlenmektedir.
İlgili konular
Temel eserler
- kuiken-2009
- tan-2014
- raspopovic-2014
Sıkça sorulan sorular
- Hedefli kas reinnervasyonu nedir?
- Bu, bir zamanlar ampute uzvu kontrol eden sinirleri kalan kaslara aktaran cerrahi bir prosedürdür. Kullanıcı eksik uzvu hareket ettirmeyi düşündüğünde, bu kaslar kasılır ve miyoelektrik bir protezin daha sezgisel kontrol için okuyabileceği elektriksel sinyaller üretir.
- Protez bir el, kullanıcının dokunmayı hissetmesini sağlayabilir mi?
- Araştırma protezleri, kullanıcının periferik sinirlerini eldeki sensörlere bağlı desenlerde elektriksel olarak uyararak dokunma duyusunu geri kazandırmıştır. Bu çift yönlü sistemler, standart klinik cihazlardan ziyade hala büyük ölçüde deneyseldir.