Umjetni udovi, implantati i dodatni palčevi vraćaju i povećavaju prirodne sposobnosti našeg tijela, ali kako mozak i živčani sustav prihvaćaju te nove dijelove tijela?
Ne tako davno, koncept bioničkog čovjeka činio se pretjeranim, no nosiva robotska odijela, dodatni udovi kojima upravlja mozak i invalidska kolica kojima se upravlja umom sada su u aktivnoj fazi razvoja. To približava san o integraciji čovjeka i stroja.
- Živimo u super uzbudljivom vremenu u pogledu robotskih tehnologija i napredaka. Svjedočimo bioničkim udovima na razini znanstvene fantastike i gotovim dizajnima za protetske udove koji ne izgledaju kao dijelovi tijela - kaže profesorica Tamar Makin, kognitivna neuroznanstvenica sa Sveučilišta u Cambridgeu, UK.
Nekima bi ta ideja mogla biti pomalo uznemirujuća. Očito bi nosiva robotika i bionički implantati mogli imati višestruke koristi kao medicinski uređaji, kao primjerice za poboljšanje protetike. No, osim toga, bionika i nosiva robotika potencijalno bi mogli poboljšati sposobnosti ljudi na radnom mjestu i povećati njihovu produktivnost. Obzirom na tako brz napredak, profesor Makin kaže da se postavlja pitanje kako se ljudsko tijelo i mozak prilagođavaju tim uređajima i kako ih asimiliraju.
- Osjećala sam kao da je važno pitanje koje se često izostavlja iz ove rasprave to kako će se mozak i spoznaja korisnika povezati s umjetnim dijelom tijela - kaže ona. Prof.
Makin vodi projekt EmbodiedTech koji se financira iz programa Obzor kako bi istražila pitanja poput onoga koliko učinkovito ljudski mozak može podržati umjetne dijelove tijela. Također, u kojoj mjeri mozak počinje prepoznavati umjetni ud kao dio tijela ? Koliko se pouzdaje u njega ako izgleda kao pravi ud? I kako mozak implementira povratnu informaciju od udova?
Nosiva robotika
Odgovori na ta pitanja ključni su kako bi nosiva robotika bila što jednostavnija za korištenje i kako bismo osigurali da se naši mozgovi mogu nositi s njom. Postoji prostor za poboljšanje, jer kao što pokazuju neke procjene čak polovica invalida s amputiranim udovima ne upotrebljava redovito svoje trenutačne proteze.
Jedna studija, koju je proveo tim prof. Makin, upotrebljavala je funkcionalnu magnetsku rezonancu (fMRI) na osobama kojima nedostaje šaka i na osobama s dvije ruke. Otkrili su da što netko redovitije upotrebljava svoju protezu, to jače područje mozga povezano s prepoznavanjem ruku reagira na slike proteza. Korisnici proteza također su imali jače neuronske veze između područja, što je ljudima omogućilo prepoznavanje i kontrolu ruku, a to pak sugerira da se mozak prilagodio asimilaciji proteze.
Drugo istraživanje pokazalo je da se čini da mozak redovitih korisnika proteza predočava proteze kao zasebnu kategoriju u odnosu na ruku ili alat. To je zato što sličnije reagira između različitih proteza koje nalikuju pravim rukama i onih koje ne nalikuju, kao što je primjerice mehanička kuka, nego između njih i ruku ili alata.
- Različite vrste protetike međusobno su slično predočene, tako da su grupirane u jednu kategoriju. Mozak nipošto nije moguće prevariti da te proteze poveže s biološkim rukama - kaže prof. Makin.
Ruke krakovi
Prof. Makin kaže da ovo otkriće znači da možda postoji manja potreba za potpunim ‚utjelovljenjem‘ protetike nego što se prije mislilo, što potencijalno proširuje mogućnosti za nosivu robotiku.
- Ne moramo robovati rješenjima koja već poznajemo. Možemo zamisliti potpuno nove materijale poput ruku krakova jer to znači da bi ih mozak trebao moći prepoznati i usvojiti jednako dobro kao i bioničke proteze koje su bile u središtu dizajna protetike tijekom posljednjeg desetljeća - rekla je.
Zaključci također sugeriraju veći potencijal za poboljšanje ljudskog tijela dodatnim udovima. Jedan od primjera ovoga je robotski „treći palac” koji je kolega sa Sveučilišta u Cambridgeu i dizajner poboljšanja Dani Clode dizajnirao da se pričvrsti na šaku ispod malog prsta i kontrolira senzorima pričvršćenima na nožne palčeve korisnika.
- Ne bismo trebali imati šest prstiju, ali čini se da je to prihvatljivo rješenje što se tiče mozga. Mogli biste ga upotrebljavati za držanje drugog alata dok lemite ili ako svirate gitaru i trebate ludi akord - kaže prof. Makin.
Doista, sposobni sudionici koji su trenirali s dodatnim prstom postali su vještiji u korištenju i s vremenom su razvili veći osjećaj utjelovljenja. Međutim, blaga promjena u prikazu motoričke funkcije ruke u mozgu nakon produljene uporabe također ukazuje na potrebu za oprezom.
Ne bismo trebali proučavati ove tehnologije izolirano od tijela. Moramo biti jako svjesni mogućih nuspojava ili ograničenja pojačane upotrebe na mozak - kaže prof. Makin.
Sučelje čovjek-stroj
U projektu Living Bionics, koji se financira iz programa Obzor proučavaju se načini za bolju integraciju medicinskih uređaja koji izravno djeluju na živčani sustav. Takvi uređaji uključuju duboku moždanu stimulaciju za Parkinsonovu bolest, kao i kohlearne implantate i bioničke oči koje se koriste za liječenje slušnih ili vidnih oštećenja.
- Kada implantirate uređaj, on se bitno razlikuje od okolnog tkiva. Pokušavamo osmisliti sučelje između ovih implantabilnih uređaja i fizioloških tkiva - kaže dr. Roberto Portillo-Lara, bioinženjer na Imperial College London, koji radi na projektu.
- Problem s mnogim trenutačnim implantatima je taj što upotrebljavaju metale koje živčani sustav prepoznaje kao strano tijelo - objasnio je.
To može stvoriti ožiljke i izolirati implantat, dugoročno ga ugrožavajući i stvarajući potencijalne sigurnosne probleme. Rješenje bi moglo biti kombiniranje elektroničkih uređaja s polimerima punjenim stanicama kojima je cilj oponašati sastav bioloških tkiva. Oni se nalaze unutar mekog hidrogela koji može djelovati kao obloga za postojeće uređaje ili se upotrebljavati za izradu novih.
Obloge implantata
- Spajamo različite tehnologije iz područja znanosti o biomaterijalima i također radimo sa živčanim matičnim stanicama, te ih spajamo kako bismo stvorili obloge živih implantata - kaže dr. Portillo- Lara. Ključno je pronalaženje prave ravnoteže između sintetičkih i prirodnih polimera, objasnio je.
- Sintetički polimeri nude puno prednosti jer su robusni i predvidljivi. S prirodnim polimerima teže je raditi, no sličniji su onome na što su stanice navikle - kaže dr. Portillo-Lara.
Nakon što smo započeli s više sintetičkih mješavina u laboratorijskim ispitivanjima, pokazalo se da sastav nije baš pogodan za razvoj stanica. No, uključivanje više prirodnih polimera tijekom vremena pridonijelo je postizanju obloge koja bolje funkcionira.
- Odgovor je bio jednostavan: učinite to sličnijim prirodnim tkivima i tada će se stanice bolje ponašati. Sad imamo najbolje iz oba svijeta - rekao je.
Dr. Portillo-Lara smatra da bi naprednije ispitivanje moglo započeti početkom sljedeće godine. Kao i kod projekta EmbodiedTech, istraživanje podrazumijeva buduću tehnologiju čak i izvan klinika, uključujući upravljanje strojevima, poput električnih invalidskih kolica pomoću uma.
Kako bolje komunicirati sa živčanim sustavom ima utjecaja na sučelja između mozga i računala - kaže dr. Portillo-Lara.
Učinci na mozak
To znači da je ključno razumjeti moguće učinke na mozak. 'Moramo razmisliti što će se dogoditi kada ove tehnologije postanu dovoljno dostupne kad ne budu samo pacijenti to koji će poželjeti jedan od ovih implantata, nego i redoviti potrošači.'
Dr. Portillo-Lara vjeruje da bi takve tehnologije mogle biti spremne unutar jednog desetljeća, iako je predviđanje kada će postati dostupne mnogo teže, obzirom na izazove s etikom i propisima.
- Primjene bi bile gotovo neograničene. Postoji mnogo novih primjena koje trenutačno ne možemo ni zamisliti jer tehnologija ne postoji - rekao je.
Autor GARETH WILLMER
Istraživanja u ovom članku financira Europsko istraživačko vijeće EU-a (ERC). Članak je izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu za istraživanje i inovacije EU-a.
Više informacija o projektima programa Obzor možete pronaći na poveznicama u nastavku.