Zvednout ke rtům sklenici. Podat kamarádovi tužku. Najíst se lžící místo brčka. Utrhnout si bobulku hroznového vína. Zdánlivě triviální úkony jsou pro lidi bez rukou doslova nedosažitelným snem. Protézy obvykle různými úchytovými mechanismy pomáhají lidem, kteří přišli o dlaň nebo předloktí, ale lidem, kteří přišli o celou paži, zatím běžné protézy příliš pohodlí nabídnout neumí.
Dean Kamen, vývojář světoznámého vozítka Segway, například pracuje ve svých laboratořích (DEKA Arm System) na robotické paži Luke, která čte myšlenky. Napojením (a vytrénováním) stávajících nervových zakončení na elektronická čidla získává data, které se počítač učí rozpoznávat jako pokyny, a následně je překládat do pohybů sofistikované robotické paže.
V rámci americké vojenské iniciativy za revoluci v technologii protéz (projekt organizace DARPA) vzniklo již šest protetických systémů. Právě systém DEKA je nejblíže ke vstupu na trh. V dubnu 2012 si zažádal o certifikaci u Úřadu pro kontrolu potravin a léčiv (FDA), kterou získal v květnu roku 2014. Zaměřuje se především na americké veterány, kterým pomáhá vrátit se do aktivního života. Nejnovějším „sportovním“ úspěchem je horolezecká protéza.
S pomocí programu HAPTIX (“Hand Proprioception and Touch Interfaces”) by pak DARPA chtěla povzbudit výrobce k lepší práci na haptické odezvě protéz. Taková umělá paže by pak pro uživatele nebyla jen nepřirozeným nástavcem a nástrojem, ale přirozenou částí těla, o které ani nemusejí přemýšlet.
Jak napojit nervy a porozumět signálům z mozku
Metoda cíleného napojení na nervová zakončení (targeted reinnervation - cílená svalová reinervace) je známá již od roku 2006, kdy ji v časopise Physical medicine and rehabilitation clinics of North America publikoval americký neurochirurg Todd Kuiken. Se svým týmem z Rehabilitačního institutu v Chicagu pak o rok později popsal (prestižní časopis Lancet, PDF) využití metody „targeted reinnervation“ na případu 24leté ženy, které lékaři museli po nehodě na motorce amputovat celou levou paži. Chirurgové ženě „rozebrali“ svalovou tkán a napojili tak protézu na příslušné nervy.
Znázornění napojení na existující nervy ve svalech
„Jenom pomyslím na to, abych pohnula rukou nebo loktem, a umělé klouby se dají do pohybu,“ uvedla mladá dívka vybavená robotickou protézou. Vědci experimentovali také s přenášením tlaku a dalších pocitů z prstů - cit se poprvé začal vracet tři měsíce po operaci. Po půl roce si pacientka vybudovala nový smysl hmatu, doteky na kůži na prsou jí v mozku korespondovaly s doteky prstů ztracené končetiny.
Mapa oblastí, kam jsou přesměrovány vjemy z doteků prstů ztracené končetiny.
Pohyby končetiny řídí pacientka skrze čtyři nezávislé senzorické oblasti. Musela se naučit nové pohyby, které se počítač naučil rozpoznávat. Rozpoznávání funguje podobně jako např. rozpoznávání řeči, samozřejmě s menším počtem možných výstupů.
Povrchový elektromyogram
Pokyn pro ohnutí lokte
Pokyn pro otevření dlaně
Autoři doufají, že metoda se postupně stane natolik populární a používanou, jako je v dnešní době např. kochleární implantát, který vrací lidem s určitým typem ztráty sluchu schopnost rozpoznávat zvuky napojením na sluchové nervy. „Některé věci probíhaly jinak, než jsme předpokládali. Některá nervová zakončení se nám nepodařilo obnovit, jiná skončila subjektivně jinde, než lékaři zamýšleli. Je potřeba dalších studií, abychom věděli, jak probíhá regenerace nervů,“ uzavírá Kuiken et al v roce 2007.
Robotické ruce míří na americký trh
O osm let později už se situace výrazně posunula. Přestože je metoda cílené svalové reinervace stále experimentální, vědci už si troufají na pokročilejší aplikace - a vylepšil se i software a hardware, který na sebe pacienti nasazují.
Lékaři a výzkumníci na Univerzitě Johna Hopkinse v Marylandu koncem roku 2014 oznámili další přelomový úspěch opět díky použití cíleného napojení na existující nervy. Les Baugh, pacient z Kolorada, přišel v mládí při úrazu elektrickým proudem o obě ruce. Po první operaci musel několik týdnů trénovat a trénoval se i počítač - učil se rozpoznávat instrukce a překládat je v zamýšlené pohyby. Protéza zatím nebyla k Baughovi připevněna, naopak byla ještě ve výrobě, ovládal ji pouze virtuálně.
V druhé fázi operace byla paže nasazena a po deseti dnech tréninku uměl pacient „zvládat běžné situace, na které narazí při domácím používání“. Výzkumníci byli údajně šokováni tím, co všechno Baugh, první muž se dvěma protézami paží, dokázal.
„Čekali jsme, že se mu bude dařil lépe než lidem se standardními protézami. Ale rychlost, s jakou se učil celou škálu nových pohybů, nás překvapila,“ říká Courtney Moranová z laboratoře aplikované fyziky. „Nejvíce nás potěšilo, jak dokázal ovládat dvě protetické ruce naráz. To je významný milník.“
