Τα τεχνητά άκρα, τα εμφυτεύματα και οι επιπλέον αντίχειρες αποκαθιστούν και προσθέτουν στις φυσικές δυνατότητες του σώματός μας, αλλά πώς υποδέχονται ο εγκέφαλος και το νευρικό σύστημα αυτά τα νέα μέρη του σώματος;Η βιονική και η φορητή ρομποτική θα μπορούσαν ενδεχομένως να ενισχύσουν τις ικανότητες των ανθρώπων στο χώρο εργασίας και να ενισχύσουν την παραγωγικότητα. © 22Images Studio, Shutterstock
Όχι πολύ καιρό πριν, η ιδέα του βιονικού ανθρώπου φαινόταν τραβηγμένη, αλλά οι φορητές ρομποτικές στολές, τα ελεγχόμενα από τον εγκέφαλο επιπλέον άκρα και τα αναπηρικά καροτσάκια που λειτουργούν με το μυαλό βρίσκονται τώρα υπό ενεργό ανάπτυξη. Φέρνει το όνειρο της ενοποίησης ανθρώπου-μηχανής πολύ πιο κοντά.
«Αυτή είναι μια εξαιρετικά συναρπαστική στιγμή για ρομποτικές τεχνολογίες και προόδους», είπε η καθηγήτρια Tamar Makin, γνωστική νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, στο Ηνωμένο Βασίλειο. «Βλέπουμε βιονικά άκρα σε επίπεδο επιστημονικής φαντασίας και σχέδια για προσθετικά μέλη που δεν μοιάζουν με μέρη του σώματος».
Για κάποιους, αυτό μπορεί να φαίνεται λίγο ανησυχητική ιδέα. Προφανώς, η φορητή ρομποτική και τα βιονικά εμφυτεύματα θα μπορούσαν να έχουν πολλαπλά οφέλη ως ιατρικές συσκευές, όπως για τη βελτίωση της προσθετικής. Αλλά πέρα από αυτό, η βιονική και η φορητή ρομποτική θα μπορούσαν ενδεχομένως να ενισχύσουν τις δυνατότητες των ανθρώπων στο χώρο εργασίας και να ενισχύσουν την παραγωγικότητα.
Δεδομένων τέτοιων ραγδαίων προόδων, ο καθηγητής Makin είπε ότι τίθεται το ερώτημα σχετικά με το πώς το ανθρώπινο σώμα και ο εγκέφαλος προσαρμόζονται και αφομοιώνουν αυτές τις συσκευές. «Ένιωθα ότι ένα μεγάλο κομμάτι που συχνά παραλείπεται από αυτή τη συζήτηση είναι το πώς ο εγκέφαλος και η γνώση των χρηστών θα σχετίζονται με ένα τεχνητό μέρος του σώματος», είπε.
Ο καθηγητής Makin ηγείται του έργου EmbodiedTech που υποστηρίζεται από το Horizon για να διερευνήσει ερωτήματα όπως πόσο αποτελεσματικά μπορεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος να υποστηρίξει τεχνητά μέρη του σώματος. Επίσης, σε ποιο βαθμό ο εγκέφαλος αρχίζει να αναγνωρίζει ένα τεχνητό μέλος ως μέρος του σώματος κάποιου ; Πόσο αυτό βασίζεται σε αυτό που μοιάζει με πραγματικό άκρο; Και πώς ο εγκέφαλος εφαρμόζει την ανάδραση από το άκρο;
Φορετή ρομποτική
Η απάντηση σε τέτοιες ερωτήσεις είναι το κλειδί για να γίνει η φορητή ρομποτική όσο το δυνατόν πιο φιλική προς τον χρήστη και να διασφαλίσουμε ότι ο εγκέφαλός μας μπορεί να τις αντιμετωπίσει. Υπάρχουν περιθώρια βελτίωσης όπως υποδεικνύεται από ορισμένες εκτιμήσεις ότι περίπου οι μισοί από τους ακρωτηριασμένους δεν χρησιμοποιούν τακτικά τις τρέχουσες προθέσεις τους .
Μια μελέτη που διεξήχθη από την ομάδα του καθηγητή Makin χρησιμοποίησε λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI) τόσο σε άτομα με ένα χέρι που λείπει όσο και σε άτομα με δύο χέρια. Διαπίστωσαν ότι όσο πιο τακτικά χρησιμοποιεί κάποιος την πρόσθεσή του, τόσο πιο ισχυρή ανταποκρίνεται η περιοχή του εγκεφάλου που σχετίζεται με την αναγνώριση των χεριών στις εικόνες των προσθετικών.
Οι χρήστες προσθετικών είχαν επίσης ισχυρότερες νευρικές συνδέσεις μεταξύ των περιοχών που επέτρεπαν στους ανθρώπους να αναγνωρίζουν και να ελέγχουν τα χέρια, υποδηλώνοντας ότι ο εγκέφαλος είχε προσαρμοστεί για να αφομοιώσει το προσθετικό.
"Θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε τον τρίτο αντίχειρα για να κρατήσετε έτοιμο ένα άλλο εργαλείο ενώ κάνετε συγκόλληση ή αν παίζετε κιθάρα και χρειάζεστε μια τρελή συγχορδία.
Μια άλλη μελέτη διαπίστωσε ότι ο εγκέφαλος των τακτικών χρηστών προσθετικών φαίνεται να αντιπροσωπεύει τις προθέσεις ως ξεχωριστή κατηγορία για ένα χέρι ή ένα εργαλείο. Αυτό οφείλεται στο ότι αντιδρά πιο παρόμοια μεταξύ διαφορετικών προσθετικών που μοιάζουν με αληθινά χέρια και εκείνων που δεν μοιάζουν – όπως ένα μηχανικό άγκιστρο – παρά μεταξύ αυτών και των χεριών ή των εργαλείων.
«Οι διαφορετικοί τύποι προσθετικών αντιπροσωπεύονται παρόμοια μεταξύ τους, επομένως συγκεντρώνονται σε μία κατηγορία», είπε ο καθηγητής Makin. «Ο εγκέφαλος σε καμία περίπτωση δεν ξεγελιέται για να συσχετίσει αυτά τα προσθετικά με βιολογικά χέρια».
Μπράτσα πλοκάμι
Ο καθηγητής Makin είπε ότι αυτό το εύρημα σημαίνει ότι μπορεί να υπάρχει λιγότερη ανάγκη για την πλήρη «ενσάρκωση» των προσθετικών από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως, διευρύνοντας ενδεχομένως τις ευκαιρίες για φορητή ρομποτική.
«Δεν χρειάζεται να είμαστε σκλάβοι στις λύσεις που ήδη γνωρίζουμε», είπε. «Μπορούμε να σκεφτούμε εντελώς νέα υλικά όπως τα πλοκάμια, γιατί σημαίνει ότι ο εγκέφαλος θα πρέπει να είναι σε θέση να τα αναγνωρίσει και να τα υιοθετήσει εξίσου καλά με τις βιονικές προθέσεις που ήταν το επίκεντρο του προσθετικού σχεδιασμού την τελευταία δεκαετία».
Τα ευρήματα υποδηλώνουν επίσης περισσότερες δυνατότητες για την αύξηση του ανθρώπινου σώματος με επιπλέον άκρα. Ένα παράδειγμα αυτού είναι ο ρομποτικός «τρίτος αντίχειρας» που σχεδίασε ο συνάδελφος του Πανεπιστημίου του Κέμπριτζ και σχεδιαστής αυξήσεων Dani Clode για να δένεται στο χέρι κάτω από το μικρό δάχτυλο και να ελέγχεται από αισθητήρες που συνδέονται στα μεγάλα δάχτυλα των ποδιών του χρήστη.
«Δεν υποτίθεται ότι έχουμε έξι δάχτυλα, αλλά φαίνεται ότι αυτή είναι μια εύλογη λύση όσον αφορά τον εγκέφαλο», είπε ο καθηγητής Makin. «Θα μπορούσατε να το χρησιμοποιήσετε για να κρατάτε έτοιμο ένα άλλο εργαλείο ενώ κάνετε συγκόλληση ή εάν παίζετε κιθάρα και χρειάζεστε μια τρελή συγχορδία».
Πράγματι, οι αρτιμελείς συμμετέχοντες που προπονήθηκαν με το πρόσθετο δάχτυλο έγιναν πιο έμπειροι στη χρήση του και ανέπτυξαν μεγαλύτερη αίσθηση ενσάρκωσης με την πάροδο του χρόνου. Ωστόσο, μια ήπια αλλαγή στην αναπαράσταση του εγκεφάλου της κινητικής λειτουργίας του χεριού μετά από παρατεταμένη χρήση υποδηλώνει επίσης την ανάγκη για προσοχή.
«Δεν πρέπει να μελετάμε αυτές τις τεχνολογίες μεμονωμένα από το σώμα», είπε ο καθηγητής Makin. «Πρέπει να γνωρίζουμε πολύ τις πιθανές παρενέργειες ή τους περιορισμούς της ενισχυμένης χρήσης στον εγκέφαλο».
Διεπαφή ανθρώπου-μηχανής
Σε περισσότερη έρευνα που χρηματοδοτείται από το Horizon, το έργο Living Bionics μελετά τρόπους για την καλύτερη ενσωμάτωση ιατρικών συσκευών που αλληλεπιδρούν άμεσα με το νευρικό σύστημα. Τέτοιες συσκευές περιλαμβάνουν βαθιά εγκεφαλική διέγερση για τη νόσο του Πάρκινσον, καθώς και κοχλιακά εμφυτεύματα και βιονικά μάτια που χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία ακουστικών ή οπτικών προβλημάτων.
«Όταν εμφυτεύεις μια συσκευή, είναι ουσιαστικά πολύ διαφορετική από τον περιβάλλοντα ιστό», είπε ο Δρ Roberto Portillo-Lara, βιομηχανικός στο Imperial College του Λονδίνου που εργάζεται στο έργο. «Προσπαθούμε να δημιουργήσουμε τη διεπαφή μεταξύ αυτών των εμφυτεύσιμων συσκευών και των φυσιολογικών ιστών».
"Συγχωνεύουμε διαφορετικές τεχνολογίες από τον τομέα της επιστήμης των βιοϋλικών και εργαζόμαστε επίσης με νευρικά βλαστοκύτταρα και τα συνδυάζουμε για να δημιουργήσουμε επικαλύψεις ζωντανών εμφυτευμάτων.
Το πρόβλημα με πολλά σημερινά εμφυτεύματα είναι ότι χρησιμοποιούν μέταλλα που το νευρικό σύστημα αναγνωρίζει ως ξένα, εξήγησε. Αυτό μπορεί να δημιουργήσει ουλές και να απομονώσει το εμφύτευμα, διακυβεύοντάς το μακροπρόθεσμα και δημιουργώντας πιθανά προβλήματα ασφάλειας.
Η λύση μπορεί να είναι ο συνδυασμός ηλεκτρονικών συσκευών με πολυμερή φορτωμένα με κύτταρα που στοχεύουν στη μίμηση της σύνθεσης βιολογικών ιστών. Αυτά μεταφέρονται μέσα σε μια μαλακή υδρογέλη που μπορεί να λειτουργήσει ως επικάλυψη για υπάρχουσες συσκευές ή να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία νέων.
Επιστρώσεις εμφυτευμάτων
«Συγχωνεύουμε διαφορετικές τεχνολογίες από τον τομέα της επιστήμης των βιοϋλικών και επίσης εργαζόμαστε με νευρικά βλαστοκύτταρα και τα ενώνουμε για να δημιουργήσουμε επικαλύψεις ζωντανών εμφυτευμάτων», δήλωσε ο Δρ Portillo-Lara.
Η εύρεση της σωστής ισορροπίας μεταξύ συνθετικών και φυσικών πολυμερών είναι κρίσιμη, εξήγησε. «Τα συνθετικά πολυμερή προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα επειδή είναι ανθεκτικά και προβλέψιμα», είπε ο Δρ Portillo-Lara. «Τα φυσικά πολυμερή είναι πιο δύσκολο να εργαστούν, αλλά πιο παρόμοια με αυτά που έχουν συνηθίσει τα κύτταρα».
Έχοντας ξεκινήσει με περισσότερα συνθετικά μείγματα σε εργαστηριακές δοκιμές, η σύνθεση βρέθηκε να μην είναι πολύ ευνοϊκή για την ευημερία των κυττάρων. Αλλά η ενσωμάτωση περισσότερων φυσικών πολυμερών με την πάροδο του χρόνου συνέβαλε στην επίτευξη καλύτερης λειτουργίας επιστρώσεων στο τέλος.
«Η απάντηση ήταν απλή: κάντε το πιο παρόμοιο με τους φυσικούς ιστούς και μετά τα κύτταρα συμπεριφέρονται καλύτερα», είπε. «Τώρα είναι το καλύτερο και των δύο κόσμων». Η Δρ Portillo-Lara πιστεύει ότι πιο προηγμένες δοκιμές θα μπορούσαν να ξεκινήσουν στις αρχές του επόμενου έτους.
Όπως και με το EmbodiedTech, η έρευνα έχει επιπτώσεις στη μελλοντική τεχνολογία πέρα από την κλινική – συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου μηχανών όπως τα ηλεκτρικά αναπηρικά καροτσάκια με το μυαλό. «Η καλύτερη διασύνδεση με το νευρικό σύστημα έχει επιπτώσεις στις διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή», είπε ο Δρ Portillo-Lara.
Επιδράσεις στον εγκέφαλο
Αυτό σημαίνει ότι είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τις πιθανές επιπτώσεις στον εγκέφαλο. «Πρέπει να σκεφτούμε τι θα συμβεί όταν αυτές οι τεχνολογίες γίνουν αρκετά προσβάσιμες, ώστε όχι μόνο οι ασθενείς να θέλουν να λάβουν ένα από αυτά τα εμφυτεύματα, αλλά και οι τακτικοί καταναλωτές».
Η Δρ Portillo-Lara πιστεύει ότι τέτοιες τεχνολογίες θα μπορούσαν να είναι έτοιμες μέσα σε μια δεκαετία, αν και η πρόβλεψη του πότε θα γίνουν διαθέσιμες είναι πολύ πιο δύσκολη, δεδομένων των προκλήσεων με την ηθική και τους κανονισμούς.
«Οι εφαρμογές θα ήταν σχεδόν απεριόριστες», είπε. «Υπάρχουν πολλές αναδυόμενες εφαρμογές που δεν μπορούμε καν να οραματιστούμε αυτή τη στιγμή επειδή η τεχνολογία δεν υπάρχει».
Η έρευνα σε αυτό το άρθρο χρηματοδοτήθηκε μέσω του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Έρευνας της ΕΕ (ERC). Αν σας άρεσε αυτό το άρθρο, σκεφτείτε να το μοιραστείτε στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου