Kad je prije dvadesetak godina bionička ruka postala stvarnost, činilo se da je granica između stroja i tijela pomaknuta dovoljno daleko. No i tada je bilo jasno da je riječ tek o prvom koraku. Proteze su donosile novu funkcionalnost, ali bez osjeta dodira ostajale su nedovršene, kao tehničko rješenje koje nije moglo u potpunosti zamijeniti prirodnu ruku.

Povratak dodira

Kada su se pojavile proteze koje se pokreću mislima i mišićnim signalima, predstavljale su tehnološko čudo, ali unatoč svemu ostajale su samo robotička alatka – tehnološki napredna i sofisticirana, ali su za korisnika i dalje ostavljale osjećaj stranog tijela. Ono što im je nedostajalo bio je osjet dodira i snage pritiska, onaj prirodni, neprimjetni povratni signal koji našem ostatku tijela govori da je predmet zaista u ruci, da prsti doista dodiruju površinu. Upravo to pokušava vratiti projekt iSens.

Na Sveučilištu Case Western Reserve i u bolnici Cleveland Veterans Affairs bolnici razvijena je tehnologija koja implantirane elektrode i bežičnu komunikaciju spaja u sustav zatvorene petlje (closed loop). iSens se oslanja na dva skupa elektroda: intramuskularne (TIM) koje hvataju električne signale iz mišića, i živčane (C-FINE) koje stimuliraju osjetne živce. Kada korisnik pomisli da želi pomaknuti prst, EMG signal iz mišića prelazi u kontroler, a kad proteza dotakne predmet, stimulacija kroz C-FINE vraća osjećaj dodira natrag u mozak. Sustav tako ne samo da izvršava naredbe nego i odgovara, čineći da ruka djeluje kao vlastita.

Testiranje u svakodnevici

Posebna zanimljivost ovog projekta jest činjenica da se ne provodi samo u laboratoriju i klinici nego i u kućnom okruženju. Dvanaest sudionika će tijekom idućih 18 mjeseci naizmjenično koristiti iSens i klasičnu protezu šake, vodeći dnevnike i ispunjavajući upitnike, dok će istraživači pratiti njihovu funkcionalnost, udobnost i doživljaj.

Kliničko ispitivanje provodi se u tri faze. U prvoj se bilježi kako ispitanici koriste postojeće proteze, zatim im se ambulantno ugrađuju elektrode i elektronički moduli, a kroz nekoliko mjeseci laboratorijskih posjeta sustav se postupno kalibrira i prilagođava. U tom se razdoblju gradi i personalizirani kontroler kojim se proteza upravlja putem mišićnih signala, dok se paralelno mapira i osjećaj dodira na različitim mjestima šake. Posebna pozornost posvećuje se preciznom usklađivanju jačine i frekvencije stimulacije kako bi korisnici doživjeli što prirodniji osjet, a istodobno se prate stabilnost signala, trajnost implantata i mogućnost njihove integracije u svakodnevne zadatke. Tako se već u ovoj ranoj fazi prikuplja bogata baza podataka koja omogućuje daljnje prilagodbe i razvoj sustava.

U drugoj fazi sudionici naizmjenično koriste standardnu i novu iSens protezu kod kuće, bilježeći iskustva kroz upitnike i mjesečne "feedback-testove" u laboratoriju. Osim samog dnevnog korištenja, istraživači detaljno prate za koje zadatke i u kojim situacijama ispitanici posežu za protezom, koliko se dugo njome služe i kako doživljavaju razliku u odnosu na prethodnu. Sudionici se svakog mjeseca vraćaju u laboratorij, gdje demonstriraju praktične zadatke i uspoređuju dojmove, a potom prelaze na korištenje druge verzije proteze, što omogućuje vrlo precizno personalizirano uspoređivanje prednosti i nedostataka oba rješenja.

U trećoj fazi ponovno se nasumično raspoređuju: jedni koriste iSens s uključenim samo osjetom dodira, drugi s naprednom motoričkom kontrolom, a potom mijenjaju, kako bi se razdvojio doprinos pojedinih komponenti sustava kvaliteti života.

Inženjerski i medicinski izazovi

Inženjerski dio priče jednako je zanimljiv. Implantirani neuronski kontroler (INC), smješten ispod prsnog mišića, povezuje se bežično s vanjskim hubom putem Bluetooth Low Energy veze. Nema više perkutane (potkožne) žice, nema kabela koji vire iz kože – sve je skriveno i bežično integrirano. Četiri C-FINE elektrode nude do 64 kanala stimulacije, dok TIM elektrode omogućuju 16 kanala elektromiografskog (EMG) zapisa. Time se postiže vrlo precizno mapiranje osjeta i pokreta, a sustav se u praksi pokazao stabilnim i više od dvije godine nakon ugradnje.

Kirurški zahvat kojim se proteza povezuje s tijelom, naravno, nije trivijalan – uključuje nekoliko rezova i tuneliranje elektroda kroz mišiće i živce. No rezultati su se pokazali vrijedni: pacijenti opisuju vrlo prirodan osjećaj dodira, smanjene fantomske bolove i znatno bolju kontrolu pri korištenju proteze.

Prvi korisnici iSensa su prethodno koristili perkutane ("žičane") verzije sustava koje su dokazale koncept, ali su - logično - imale ograničenja, od tehničkih do estetskih i funkcionalnih. Sada se prelazi na potpuno implantabilni bežični sustav, koji može funkcionirati u realnim uvjetima, bez stalnog nadzora liječnika i inženjera.

Tehnikalije i perspektive

Za one koji vole tehničke detalje: pragovi osjeta mjerljivi su u preciznim koracima od 0,01 mA, a stimulacija se provodi u bifaznim impulsima od 250 μs na frekvenciji od 100 Hz. Iako su ponekad potrebne revizijske operacije (zbog mehaničkih problema koji tijekom vremena nastaju promjenom oblika amputacijskog batrljka), ukupna pouzdanost sustava je ohrabrujuća. Time se iSens pozicionira kao jedan od najnaprednijih kandidata za komercijalnu protezu budućnosti.

_{Emily Graczyk: „Naš cilj je protezu učiniti prirodnim dijelom korisnikovog tijela, tako da dodir i kontrola ne zahtijevaju razmišljanje, nego jednostavno postoje.“}

Ovaj projekt predstavlja vrlo važan napredak u protetici, jer proteza - koliko god tehnološki i mehanički bila napredna i precizna - bez osjeta dodira uvijek ostaje "stranac" za korisnika. Tek onda kad mozak i tijelo prestanu jasno razgraničavati gdje završava plastika a počinje fiziološki osjećaj vlastite šake, moguće je govoriti o stvarnoj integraciji bionike i anatomije. Projekt financira američko Ministarstvo obrane, a ranije je podržan i DARPA-inim HAPTIX programom.

Glavni istraživači, Emily Graczyk i Dustin Tyler, naglašavaju da cilj nije samo tehnički dokaz, nego i promjena percepcije – trenutak kada korisnik više ne doživljava protezu kao mehanički uređaj, već kao vlastitu ruku. Tyler je to sažeo riječima: „U trenutku kad korisnik osjeti dodir preko bioničke ruke, dolazi do duboke promjene - više ne koristi strani tijelo kao alat, nego ga osjeća kao dio sebe.“

Ako se pokaže da iSens može dugoročno funkcionirati u svakodnevnom životu, to će značiti veliki korak naprijed - ne samo za amputirane, nego i za čitavo područje spajanja tehnologije i živčanog sustava.