A lábak bárhova elvisznek, a kezek bármit megragadnak. A végtagok jelentőségének hangsúlyozása talán kissé furán hat, de ez csak azért van, mert alapvető részei az emberi testnek. Éppen ezért tragikus, ha az ember elveszti egy végtagját. A végtagokat már az ókorban is próbálták protézisekkel pótolni, azonban ezek az eszközök még ma sem képesek visszaadni egy valódi végtag összes funkcióját. A protézisek újabb generációja már képes lesz kapcsolatot teremteni az idegrendszerrel, és így idővel talán valódi végtagként funkcionálhatnak, de ami még fontosabb, a használóik is úgy fogják érezni, mintha valódiak lennének.
A művégtagok és a problémáik
A testrészek elvesztése nem újkeletű probléma az emberiségnek, már időszámítás előtt 3000 évvel is készültek olyan eszközök, amik egy-egy testrészt igyekeztek pótolni. Ezek a protézisek az idők során rengeteg változáson mentek át, a kivitelezés és a felhasznált anyagok tekintetében hatalmas volt a fejlődés. A kezdetekben a protézisek pusztán a külsőséget, a megjelenést voltak képesek valamelyest helyreállítani, illetve például a végtag támasztó funkcióját adták vissza. A legegyszerűbb protézisek a végtag csonkjával együtt mozognak, így viszonylag korlátozott a lehetséges mozdulatok köre. A modern robotikus protézisek azonban már finomabb mozdulatokra is képesek, ám az irányításuk nem kifejezetten egyszerű.
A végtagok mozgatását normálisan az idegrendszer végzi, így elképesztően változatos mozdulatok jöhetnek létre. A robotikus művégtagoknál azonban előre kell definiálni néhány lehetséges mozdulatot, amit aztán egy jól meghatározott jelenség, például egy csonkolt alkar izom összehúzódása vált ki. A művégtagok használatát az is bonyolítja, hogy az embernek folyamatosan figyelemmel kell követnie a protézis helyzetét, hogy tudja milyen pozíciót foglal el a térben, hogyan halad a célja felé. Ez rendkívül fárasztó tud lenni, ráadásul még balesetveszélyes is. A protézisekkel azonban máig az a legnagyobb baj, hogy az ember nem érzi a saját testéhez tartozónak, és emiatt egészen gyakori az elhagyásuk is.
Hogyan mozgathatók a protézisek?
A modern végtag protézisek nagyrészét a végtag megmaradt izmai révén lehet mozgatni. A megmaradt izmok összehúzódása a bőrön keresztül is regisztrálható elektromos jelet hoz létre, amit egy elektróda vezet el a művégtaghoz, hogy az kivitelezze a beprogramozott mozgást. Így például egy alkar protézisnél az ujjak összezárását az alkar egyik izmának összehúzásával lehet kiváltani, míg egy robotikus műlábat a csípő megmaradt izmainak összehúzásával lehet behajlítani.
Mindez még bonyolultabb, ha tőből hiányzik a végtag. Ezekben az esetekben az idegek csonkjait a megmaradt izmokhoz irányítják, például a felső végtag pótlása esetén a mellizmokhoz. Az idegek a regeneráció során a közelben lévő izmokhoz kapcsolódnak, így képessé válnak a mellizmok bizonyos részeinek összehúzására. Az izomra helyezett szenzorok jellegzetes jelet generálnak egy-egy ideg aktivációjára, ami egy meghatározott mozdulatot vált ki a protézisből. Ezt a stratégiát célzott izom újraidegzésnek nevezik.
Egy kutatócsoport már azzal is megpróbálkozott, hogy a csonkolt idegeket nem a szervezet megmaradt izmaihoz, hanem újonnan beültetett izmokhoz vezeti. A megmaradt izmok működését így nem zavarják meg a csonkolt idegek által képzett új kapcsolatok, ezáltal pontosabb lehet a művégtag kontrollja. Mivel azonban a beültetett izmok kicsik, a bőr felületéről nem lehet megbízhatóan befogni az összehúzódásuk által létrehozott elektromos jeleket, ezért a közvetlen közelükbe kell elektródákat helyezni, amiket a bőrön keresztül kivezetve lehet a protézishez kapcsolni. A bőrön átfúródó vezetékek azonban könnyen okozhatnak sérülést, illetve fertőzéseket is. A robotikus végtag protézisek vezérlése tehát a megmaradt izmok, vagy izom implantátumok akaratlagos összehúzása által keltett jelek révén zajlik, de még ezeknek a technológiáknak is van hova fejlődniük.
Valódi érzések a művégtagból
A protézisek legnagyobb hiányossága összességében viszont az, hogy a végtagokban normálisan kialakuló érzések teljesen elvesznek, holott a végtagok irányításában alapvető jelentőségű az érzékelés. A végtagokhoz futó idegekben szerencsére a végtag egyes részeit kiszolgáló idegrostok nyalábokba szerveződnek, így az egyes nyalábok mesterséges ingerlése egy jól körülhatárolható bőrfelületen kelt érzetet. A művégtagok következő generációja már ezekkel az érzőidegekkel is kapcsolatot fog teremteni, így a művégtagot is úgy érzékelhetik a használók, mint az igazit. Ezt a megközelítést szenzoros interfésznek nevezik a szakértők.
A kutatók már most is többféle eszközt fejlesztenek erre, melyekben az a közös, hogy képesek egy-egy jól meghatározott idegnyalábot ingerelni. Néhány betegnél már ki is próbálták ezeket a rendszereket, és bíztató eredmények születtek a felső, és az alsó végtagokat pótló protézisekkel egyaránt. A műkezet használók akár bizonyos tárgyak alakját is képesek voltak megállapítani pusztán a protézisből érkező jelek alapján, az érzőidegekhez kapcsolódó műlábak pedig jelentősen javították az egyensúlyt és a mozgáskoordinációt.
A végtagok irányításánál nem csak a bőrfelszínről érkező jelek, hanem az ún. propriocepció is központi jelentőségű. A propriocepció, vagyis a testérzékelés az izmokban lévő izomorsóknak és az inakban elhelyezkedő ínorsóknak köszönhető, ezek teszik lehetővé, hogy az izmok és az inak feszítettségéből az agy meghatározhassa a végtagok pozícióját. Az izmok csonkolódása ellehetetleníti az izom- és ínorsók normális működését, így a művégtagot használó személyek gyakran nem képesek érzékelni a művégtagjuk helyzetét, csak akkor, ha szemmel követik azt. Egy amputált személy esetében például elektronikus eszközökkel erősítették fel az izmok összehúzódását a kutatók, aminek az lett az eredménye, hogy a megmaradt ínorsók közel normális jelet produkáltak és a művégtag tulajdonosa valóban úgy érezte, mintha a karja mozogna, így pontosabb elképzelése volt arról, hogy milyen pozícióban van a protézis.
Hova tovább?
Ezek az új fejlesztések azonban még a kísérleti fázisig sem jutottak, hiszen csupán néhány amputált személy esetében kerültek kipróbálásra. Mielőtt nagyobb számú emberen tesztelnék le ezeket az új típusú, az idegrendszerhez közvetlenül kapcsolódó művégtagokat, számos korlátot kell még leküzdeni.
Az egyik legfőbb gond, hogy az érzékelő idegeket ingerlő elektródák által keltett érzések az esetek többségében kifejezetten kellemetlennek bizonyultak, a legtöbben az áramütéshez hasonlították. Ez feltehetőleg azért van így, mert az elektródák által kiváltott idegi aktivitás jócskán különbözik a valós ingerek keltette aktivitástól. Ahhoz, hogy ezek az eszközök természetesebb érzeteket keltsenek, mindenképpen hűebben kell majd reprodukálni a valódi érzékelés során kialakuló idegi aktivitást.
Mivel az új generációs végtag protézisek közvetlenül csatlakoznak az idegrendszerhez, azzal is számolni kell, hogy a természetes hegesedés az idő múlásával egyre jobban korlátozza a jelátvitelt. Ezt valószínűleg csak úgy lehetne kiküszöbölni, hogyha a testbe ültetendő részeket sikerülne úgy kialakítani, hogy azokat a szervezet a sajátjaként fogadja el. A hosszú távú alkalmazhatósághoz ráadásul kapcsolatot kell teremteni a beültetett részek és a művégtag között. A vezetékeken bonyolított információcsere hosszú távon valószínűleg nem lesz megfelelő, mivel a bőrön átvezetett vezetékek sérülésveszélyesek és fertőzéseknek is utat adhatnak. A szakértők ezért vezeték nélküli megoldásokban gondolkodnak, a beültetett egységnek azonban hosszú időn át kell üzemképesnek maradnia, amihez hosszan tartó elem, vagy akkumulátor szükséges, hogy minél ritkábban kelljen műtéti beavatkozás révén cserélni ezeket. Magát a beültetés folyamatát is lehetne még fejleszteni, hiszen akár órákon keresztül is eltarthat egy ilyen műtét.
Végül azt is fontos megemlíteni, hogy ezek a művégtagok várhatóan rendkívül drágák lesznek, hiszen bonyolult szerkezetekről van szó, melyek beszerelése és karbantartása is komoly szakértelmet igényel. Egyelőre persze az az elsődleges cél, hogy tökéletesítsék a protéziseket, de a későbbiekben majd azt is meg kell oldani, hogy ezek a kifinomult műszerek el is jussanak azokhoz, akiknek szüksége van rájuk.
Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2020/46. számában jelent meg.
