Itt írjon a(z) MuvegtagSzenzor-ról/ről...
A művégtagok jelenlegi szenzoros működési mechanizmusai
Tartalomjegyzék
1.Bevezetés
A végtag-amputáció három fő működési zavart okoz. Ezek közül kettő azonnal jelentkezik, és az amputáció közvetlen következményei: a motoros funkció elvesztése az amputációs szint alatt és a végtagból származó érző visszacsatolás elvesztése. Az amputáció harmadik, közvetlenebb diszfunkcionális következménye az, amit fantomérzetnek neveznek. Ez előfordulhat nem sokkal az amputáció után vagy különböző késleltetett időkben. Ezzel a problémával küzdő betegek még "érezhetik" az elvesztett végtagot. (Hoffer, 2007)
2.Végtagokba ültetett elektródák általános ismertetése
Az elektromos stimulációs rendszer beültethető, többcsatornás, többkamrás határfelületi struktúrákat alkalmaz, nevezetesen az idegmandzsettákat. A beültetett idegmandzsetták olyan elektródákat tartalmaznak, amelyek a jelgenerátor által keltett elektromos jeleket továbbítják az idegekhez, és bizonyos neuronokat stimulálnak, hogy szenzoros jeleket küldjenek az agykéreg felé, ami érzékszervi érzéseket hoz létre. Ilyen jelek közvetlenül a jelgenerátorból származhatnak vagy közvetve a prosztetikus végtagokban található szenzorokból. (Hoffer, 2007)
3.Fantomfájdalom
3.1.Általános leírás: okok, kezelések
A legtöbb amputáción átesett beteg fantom fájdalmat (PLP) észlel az amputált testtájon. A sokszor élénk és zavaró fájdalom okai még nem teljesen tisztázottak, de úgy vélik, hogy számos folyamat felelős ezért. A fantom fájdalom gyakran egy-két nappal az amputáció után már mutatkozik és utána évekig eltarthat. Számos elemzés ismertette, hogy a fantom fájdalom gyógyítása nehéz és a legtöbb gyógyítási forma nem képes sem időszakosan vagy véglegesen csökkenteni a fájdalmat. Az analgetikumok általában nem hatottak az ilyen fájdalom ellen, az antidepresszáns gyógyszerek csökkenttették a fájdalomérzetet, de súlyos mellékhatásaik voltak, amelyek korlátozták alkalmazhatóságukat. Jelenleg nincsenek elfogadott gyógyszerek, amelyek a fantomfájdalmat biztonságosan és hatékonyan kezelik nemkívánatos mellékhatások nélkül. Egy másik megközelítés, a szimpatikus beidegzés blokkolása vagy eltávolítása a fájdalom ideiglenes csökkentésére, azonban a hatások attól függnek, hogy az amputálás után milyen gyorsan végezzük el az eljárást. (Hoffer, 2007)
Ez okból kifolyólag a fantom fájdalom állandó probléma az amputáción átesett betegeknél szerte a világon, ezért nagy az igény a sikeres beavatkozásokra, amelyek javítják a betegek állapotát. A perifériás beidegzés az agykéreg ezen régiójában található idegsejtek elvesztése után és különösen az amputált végtaghoz társuló primer szenzoros kéregben nagymértékben növeli azoknak a szinaptikus bemeneteknek a receptivitását, amelyek a végtagban maradt szenzoros idegekből származnak, de szétváltak a szenzoros végtestektől. Azzal a feltételezéssel, hogy a fantom fájdalom szorosan összefügg az amputált végtag mozgatásának átszervezésével a kortexben, azt feltételezhetjük, hogy ez a rosszul alkalmazkodott plaszticitás módosítása segítséget nyújthat a fantom fájdalom csökkentésében. Valójában a pszichológiai kezelések és az intenzív észlelési , valamint a fizikai edzések kimutatták, hogy növelik a stimulált testrész agykérgi reprezentációját az emberekben. (Dietrich és mtsai, 2011)
Köztudott, hogy az idegrendszeri elektromos stimuláció hatásos lehet bizonyos típusú perifériás fájdalom enyhítésére. A mai napig alkalmazott két fő megközelítés a transzkután elektromos idegingerlés (TENS) és a dorsalis oszlop stimulációja (DCS) a gerincvelőben. A terápiák hatásmechanizmusa magában foglalja a nagy átmérőjű szenzoros szálak stimulálását a végtagokban (TENS) vagy a gerincvelőben (DCS). (Hoffer, 2007)
Egy kísérletben, egy kéthetes tréning során megtanították a betegeknek megkülönböztetni az elektromos stimulusokat a csonkon, amelyek a fantom fájdalom csökkenéséhez vezetettek. Továbbá azok az alanyok, akik Sauerbuch protézist viseltek, kevesebb fantom fájdalomról számoltak be, mint azok, akik esztétikai protézist viseltek. Ráadásul az állandó protézis viselése negatív hatással volt a fantom fájdalomra és a kortikális átszervezés mértékére. A jelen tanulmány egy kéthetes tréninget vizsgált, amelynél myoelektromos kéz protézist használtak, ami szomatoszenzoros visszacsatolást adott a szoros fogóerőről. (Dietrich és mtsai, 2011)
3.2.Kísérlet ismertetése
A kísérletben 8 alany vett részt. A résztvevők egy átfogó pszichológiai értékelést tartalmazó alapszintű mérésen vettek részt. A következő két hetes várakozási idő után a betegek egy 10 napot magában foglaló tréningen sajátították el a protézis használatát. Minden tréning 3,5 óra volt 20 perces szünetekkel. A fájdalmat mérték közvetlenül a tréning előtt, a tréning után és 6 hónappal a komplett tréning végeztével. A résztvevők egy mechanikai szenzorokkal rendelkező protézist használtak. A protézis érzékelte a fogás erősségét, amely a könyökhajlatban észlelődött a mutató ujj és a hüvelykujj között (a protézis ujjai). (Dietrich és mtsai, 2011)
Az első óra előtti napon a betegek és a tréner megbeszélték a személyes célokat, amiket a betegek szeretnének megvalósítani a tréning végeztével, mint a kemény és puha tárgyak megkülönböztetése, például a kerti munkához vagy a konyhai tevékenységekhez. (Dietrich és mtsai, 2011)
3.3.Eredmények, értékelés
A tréning elvégzése után az alanyok arról számoltak be, hogy azokat a céljaikat, amiket a tréning előtt kitűztek, sikeresen elérték. Az órák után az összes beteg kevesebb fantom fájdalmat észlelt. A kísérlet előtt öt beteg tapasztalt folyamatos fantom fájdalmat, ezért négy pontot jelöltek ki, amiket a gyakorlatok során rendszeresen mértek. A fájdalom a tréning alatt lecsökkent. Annak érdekében, hogy leteszteljék, valóban a tréning következtében történt-e, összehasonlították az előtte lévő két hetes várakozási időszakkal. (Dietrich és mtsai, 2011)
Hat hónappal a kísérlet után, amikor a betegek már nem viselték az újfajta protézist, alacsony tendenciát mutatott a fantom fájdalom gyakorisága és egyik betegnél sem tért vissza jelentős mértékben. (Dietrich és mtsai, 2011)
A viszonylag kicsi minta lehetővé tette a PLP statisztikai kimutatását, azonban szükséges egy nagyobb betegszámmal elvégzett kísérlet is. Összegezve a fantom fájdalom erőteljesebb csökkenését várják a protézis mindennapos használatával. Az eredmények azt mutatják, hogy a myoelektromos protézis szenzoros visszacsatolást biztosítva a fogóerővel kapcsolatban előnyös lehet annak érdekében, hogy kevesebb vizuális irányítást kelljen használni a protézis során. A szomatoszenzoros visszacsatolást a kísérletben elvégzett protézissel lehetővé teheti egy minőségibb, hosszú távú, mindennapos protézis viselését. Ezen kívül segíthet csökkenteni az aránytalan méretet az amputált és nem amputált testrészek között az által, hogy jobban tudja használni a beteg az amputált testrészét is. (Dietrich és mtsai, 2011)
4.A protézisek fejlődése az évtizedek során
Kevesebb, mint egy évtizede aligha gondolta volna valaki, hogy próbálkozni fognak a közvetlen kapcsolat kiépítésére az agy és a mesterséges készülékek között, mint például számítógépek és robot végtagok, amelyek készségesen működnek és egy új területet hoznak létre az idegtudományon belül. Multidiszciplináris területként jött létre, aminek az alapja az agy-készülék közötti kapcsolat (BMIs) lett és egy csodálatos átalakuláson ment keresztül az első, 1999-es tapasztalati bemutatások óta, amelyen bemutatták, hogy a kérgi idegeket együtt, közvetlenül tudták irányítani. Azóta a folyamatos kutatásoknak köszönhetően robbanásszerűen nőtt az érdeklődés az agy-készülék közötti kapcsolatok iránt a tudományos közösségben és a közéletben egyaránt. Ennek az érdeklődésnek köszönhetően jelentős lehetőség nyílt a fogyatékkal élők számára a mozgató működés helyre állításában. Valójában az agy és az eszközök közötti kapcsolatok lehetőségét elsősorban a mozgásban korlátozott betegeknek - úgy mint izomsorvadásban szenvedők (ALS), gerincvelő sérültek, stroke-ot elszenvedők, agyi bénulásban szenvedők - célzottan jött létre. Amint a technológia előrelép és az agy támadólagos fellépése csökken, a BMIs lehetőséget fog biztosítani az amputáción átesett betegek számára is. Mindemellett ez a robbanásszerű folyamat irreális elvárásokat támaszt e tudományág felé, annak ellenére, hogy még csak gyerekcipőben jár. Így az elérhetetlen vágy, hogy a hátrányos helyzetű betegeknek segíthessenek, megvalósulni látszik a jelenlegi és jövőbeli gondosan kalibrált elemzések által, azonban számos elemzés mutatja, hogy a bíztató teljesítmények ellenére továbbra is több probléma egyértelműen kizárja a BMI-t a klinikumi alkalmazásból. Valójában eddig ezeket a készülékeket csak állatokon tesztelték, így - a nagy lelkesedés ellenére - egyes esetekben nem teljesen tisztázott a hatékonyságuk. A klinikai alkalmazások előtt szeretnének még több kísérletet elvégezni, hogy a BMI biztonságos és eredményes rehabilitációs eszköz lehessen a jövőben. (Lebedev és Nicolelis, 2006)
4.1.Kéz
4.1.1.A kéz protézisek innovációja
4.1.1.1.Kísérleti leírás
A periférikus tapintó és proprioceptív jelek hozzájárulnak a normális végtag működéséhez. A protézis megfelelő idegi működéséhez és a művégtag természetes, a testhez tartozó érzéséhez különböző szenzorok felszerelését kell biztosítani, amelyek létrehozzák a többrétű csatornákat a szenzoros érzékeléshez az alany agya felé. A legtöbb aktuális BMI modell a szenzoros érzékelés mellett vizuális visszacsatolással működik. John Chapinnal együttműködve kezdték el felfedezni a lehetőségeket a szenzoros kézbesítéssel kapcsolatban, fejleszteni a mozgatókar működését, az agyon keresztüli szomatoszenzoros érzékelést a koritkális régiókban. Korábbi tanulmányok azt mutatják, hogy a majmok érzékelik a mikrostimulációs mintákat és használni tudják, hogy irányítsák a válaszadáshoz a művégtagjukat. Egy mostani, több évet is átfogó kísérletben bebizonyosodott, hogy a majmok meg tudnak tanulni mozdulatokat, amelyeket vibrációs stimulációval bocsájtottak a karjukba. (1.ábra) Ebből kifolyólag a vibrációs stimuláció helyett mikrostimulációs mintákat helyeztek a szomatoszenzoros kortexben a behelyezett elektródákba. A majmok ezek után is képesek voltak érzékelni a kortex által kibocsátott mikrostimulációs utasításokat és a vártnál jobban működött, felülmúlták a vibrációs szenzoros kísérleti eredményeket. Ezek az eredmények felvetik a lehetőségét, hogy a kortikális mikrostimuláció egy használható útja lehet a BMI-nek a művégtagoknál és lehet, hogy közreműködik egy új idegi protézisgeneráció létrehozásában. (Lebedev és Nicolelis, 2006)
4.1.1.2.Összefoglaló, észrevételek
Az ideg protézisek fejlesztése a következő 10-20 évben valószínűleg tartalmazni fog egy teljesen beültethető rendszert, ami széleskörűen továbbítja a rajta átfolyó elektromos jeleket, amik több ezer idegtől származnak. A BMI képes lesz a térbeli, és időbeli mozgás jellegzetességeit megfejteni, váltakoztatni a mozdulatlanságot és a mozgékonyságot, továbbá felismeri az akaratlagos mozgásokat is. Hasznosítani fogja a magasabb rendű összetett parancsokat, amelyek a kortikális és a szubkortikális idegi régióból származnak és meg fogja tudni különböztetni az alacsonyabb rendű automatikus mozgásoktól, reflexektől. (Lebedev és Nicolelis, 2006)
4.1.2.Direkt idegi szenzoros visszacsatolás (perifériás idegrendszer)
4.1.2.1.Eljárás: elektróda beültetése, tréning
4.1.2.2.Eredmények
4.1.3.Direkt kortikális stimuláció (központi idegrendszer)
- Az idegtudomány legnagyobb célja, hogy a hiányzó vagy lebénult végtagok funkcióját helyettesítsék egy protézissel, amely saját érzetet kelt, valamint a páciens képes legyen ezt mozgatni saját szándéka szerint. Korábbi felmérésekben az úgy nevezett „gumi kéz illúziót” vizsgálták, amely érintésre a tulajdon érzését keltette a művégtagnak azáltal, hogy az alany látta a gumi kéz megérintését, de az igazi rejtett keze volt használva a testhez tartozás érzetének keltésében. Jelenlegi kutatások főemlősökben azt mutatják, hogy a motoros kontroll és az érző visszajelzés elérhető, ha összekötjük a robot karban található érzékelőket az agyba ültetett elektródákkal. Egy vizsgálat során 2 embert teszteltek, amely azzal foglalkozott, hogy a kar protézisének sajátként való érzékelése előidézhető-e a szomatoszenzoros (SI) kéreg karért felelős részének elektromos stimulálásával. Azonban ebben a kutatásban a gumi kéz illúzió egy módosított változatát használták. Azt feltételezték, hogy kiváltható ugyanaz a hatás, mint a klasszikus illúziónál a rejtett kar érintése nélkül. (Collins és mtsai, 2017)
- A tanulmány azt mutatja, hogy az agy képes befogadni a természetes vizuális benyomást és a direkt kortikális szomatoszenzoros ingerlést annak érdekében, hogy létrehozza a művégtag multiszenzoros észlelést, hogy az a testhez tartozik. Ez bizonyítékként szolgálhat arra, hogy az agy elektromos ösztönzése használható a perifériás idegrendszer átültetéséhez, annak érdekében, hogy a saját végtag érzetét keltse abban az esetben is, ha a betegnek sérül a környéki idegrendszere gerincvelő vagy idegsérülés esetén. Habár az alanyoknál a gerincvelő és a perifériás idegrendszer érintetlen volt, nem lehet kizárni annak a lehetőségét, hogy a proprioceptív információ a valódi karból szerepet játszik-e a vizsgált illúziók generálásában. (Collins és mtsai, 2017)
4.1.3.1.Kísérlet menete
- Kísérlet előtt az alanyok részt vettek egy monitorozási folyamaton, amelyen a kutatók azonosítottak elektróda párokat és az amplitúdókat, amelyek érzékelést váltottak ki az ujjakban és a felkarban. Alany 1 vibráló érzésként írta le az ingerlést a gyűrűs ujj proximális phalangsában, míg alany 2 gyenge nyomást érzett a középső ujj mediális ujjpercében. (Collins és mtsai, 2017)
A tanulmány 4 feltételt vizsgál: SynchFinger (szinkronizált ujj), AsynchFinger (aszinkron ujj), SynchRemote (távolról szinkronizált), placebo. (Collins és mtsai, 2017) Cél az volt, hogy megismételjék a kísérleteket, azonban ez csak a kettes számú alanynál vált lehetővé. Az egyes alanynál elhízás miatt csak egy alkalommal tudták elvégezni. Második alanynál jelentős hatása volt a kísérleteknek a gumi kéz sajátként érzékelésében. (Collins és mtsai, 2017)
4.1.3.2.Eredmények
- Az eredmények bebizonyították a hipotézist, vagyis a SI kortex megfelelő helyen való serkentése révén kiváltható a protézis igaziként észlelése; továbbá azt is, hogy az SI kéreg aszinkron vagy „nem-kéz” régiójának ingerlése nem okoz illúziót. A tanulmány szerint a multiszenzoros illúzió létrehozható direkt kortikális stimulációval egy érzést helyettesítve. Azt feltételezzük, hogy ez a multiszenzoros illúzió szintén előidézhető lesz elektromos agyi ingerléssel, ami fontos a neurokognitív prosztetikus eszközök fejlesztésében. (Collins és mtsai, 2017)
4.2.Láb
- Egy másik szempont szerint a jelen tanulmány egy láb protézis kifejlesztésére irányul. A protézis tartalmaz egy lábszár részt, amelyen a végtagcsonk befogadására szolgáló foglalat található. A lábfejrész egy sarokkal és egy talppal rendelkezik. Az első nyomásérzékelő a talp alatt helyezkedik el, és úgy van kialakítva, hogy akkora elektromos ellenállást biztosítson, amely arányos a teljes nyomással; és a saroknál egy második nyomásérzékelő van beépítve. Az érzékelők induktancia-alapúak vagy ellenállás-alapúak lehetnek. (Sabolich és mtsai, 2002)
- A tápfeszültség (áramforrás) az elektromos jel létrehozására szolgál, és egy elektromos vezetőt tartalmaz, hogy az elektromos jelet az áramforrástól a nyomásérzékelőhöz irányítsa. A vezérlő és feldolgozó központ alkalmas arra, hogy reagáljon a nyomásérzékelő elektromos ellenállására, és ezáltal az áramforrás a nyomásérzékelő elektromos ellenállása miatt deaktiválódik, ha az nagyobb, mint a kiválasztott. A végtagcsonk kapcsolást tartalmaz az elektromos jel továbbítására, és egy vezetéket az érző kimeneti jel a nyomásérzékelőtől a kapcsoláshoz való vezetésére. (Sabolich és mtsai, 2002)
Irodalomjegyzék