حقائق رئيسية
- يُسمى النظام واجهة عضلة عصبية للم对抗 والمُثيرة (AMI).
- تُعد واجهة AMI تقنية جراحية تربط مجموعات العضلات المُثيرة والمُقاومة.
- تتيح الواجهة التحكم المتزامن في مفاصل طرز اصطناعية متعددة.
- تستعيد حلقة التغذية الراجعة الطبيعية بين المستخدم والطرف الاصطناعي.
ملخص سريع
طور باحثون في مختبر MIT الإعلامي واجهة عضلة عصبية للم对抗 والمُثيرة (AMI)، وهي نهج جراحي جديد للتحكم بالطرز الاصطناعية. صُمم هذا النظام لاستعادة قدرات الحركة الطبيعية للأفراد الذين فقدوا أطرافهم من خلال إنشاء ارتباط ميكانيكي بين مجموعات العضلات داخل الطرف المتبقي.
تتمثل الفكرة الأساسية لواجهة AMI في ربط العضلات المُثيرة والمُقاومة جراحياً. عندما ينوي المستخدم تحريك طرف مفقود، تتقلص هذه العضلات وتمتد بشكل متعاكس، مما يولد إشارات كهربائية مميزة. يتم التقاط هذه الإشارات وفك تشفيرها بواسطة جهاز طرز اصطناعي للتحكم في الحركة بدقة غير مسبوقة.
تشمل فوائد هذه الواجهة الرئيسية:
- التحكم المتزامن في مفاصل طرز اصطناعية متعددة
- حركة بديهية تحاكي الأطراف البيولوجية
- استعادة حلقات التغذية الراجعة الإدراكية
من خلال الاستفادة من البنية البيولوجية الحالية للجسم، تتجاوز واجهة AMI الطرز الاصطناعية الكهربائية العضلية التقنية، التي تعتمد غالباً على إشارات عضلية محدودة وغير بديهية. يُمهّد هذا الابتكار الطريق للطرز الاصطناعية التي تعمل كامتدادات حقيقية للجسم البشري.
آليات واجهة AMI ⚙️
تُغيّر واجهة عضلة عصبية للم对抗 والمُثيرة (AMI) بشكل جذري طريقة استقبال الطرز الاصطناعية للمدخلات. في الطرف البيولوجي، تعمل العضلات في أزواج: عندما تتقلص إحداها لتحريك مفصل، تمتد العضلة المضادة. يوفر هذا الشretch معلومات حسية حاسمة للدماغ بخصوص وضع الطرف والقوة.
غالباً ما تقطع عمليات الاستئصال الجراحي التقليدية هذه الاتصالات العضلية، مما يترك المرضى بقدرة محدودة على توليد إشارات مميزة للحركات المعقدة. تُقلّب إجراءات AMI هذا الضرر من خلال إعادة ربط مجموعات العضلات هذه جراحياً داخل الطرف المتبقي.
عما يفكر المريض في تمديد ذراعه، على سبيل المثال، تتقلص العضلة المُثيرة بينما تمتد العضلة المُقاومة. تكتشف أجهزة الاستشعار في الطرف الاصطناعي هذه الإشارات الكهربائية المميزة. يفسر الكمبيوتر الداخلي للطرف الاصطناعي هذه الإشارات على أنها نية محددة للتمديد، بدلاً من مجرد أمر "تحريك" عام.
يسمح هذا التقليد البيولوجي بـ:
- التناسب في التحكم بسرعة وقوة المفصل
- التحكم المتزامن في مفاصل متعددة (مثل دوران المعصم وإغلاق اليد)
- استعادة حلقة تغذية راجعة طبيعية للمستخدم
النتيجة هي طرف اصطناعي يتحرك بسلاسة ويستجيب للنية اللاواعية للمستخدم، بدلاً من الأمر بخطوات واعية.
استعادة الحركة الطبيعية 🦾
الهدف الأساسي لنظام AMI هو سد الفجوة بين نية الإنسان والتنفيذ الروبوتي. غالباً ما تقتصر الطرز الاصطناعية الكهربائية الحالية على التحكم "بالمفتاح"، حيث ينشط تقلص عضلي معين وظيفة مفردة، مثل فتح اليد. يتطلب هذا جهداً إدراكياً كبيراً ويخلو من سلاسة الحركة الطبيعية.
مع نهج AMI، يعمل الطرف الاصطناعي كامتداد مباشر للجهاز العصبي للمستخدم. لأن الواجهة تحاكي الآليات الطبيعية للطرف البيولوجي، يعالج الدماغ حركة الطرف الاصطناعي بشكل مشابه للطرف الطبيعي. تُعرف هذه الظاهرة باسم التجسيد، حيث يشعر المستخدم أن الطرف الاصطناعي هو جزء من جسده.
لاحظ الباحثون أن المستخدمين الذين لديهم واجهة AMI يمكنهم أداء مهام معقدة بشكل أسرع بدقة أكبر من أولئك يستخدمون الطرز الاصطناعية التقليدية. القدرة على التحكم في مفاصل متعددة بشكل متزامن - مثل دوران المعصم أثناء التقاط جسم - تحاكي الحركات المنسقة المطلوبة للأنشطة اليومية.
علاوة على ذلك، يوفر الشstretch للعضلة المقاومة في نظام AMI مدخلات حسية للمستخدم. هذه التغذية الراجعة الإدراكية ضرورية للمهام الدقيقة، مثل التعامل مع الأجسام الهشة أو ضبط قوة القبضة دون النظر إلى اليد.
الآثار المستقبلية والبحث 🔬
يُمثل تطوير واجهة عضلة عصبية للم对抗 والمُثيرة معلماً هاماً في مجال التكنولوجيا الحيوية وإعادة التأهيل الطبي. بينما ركز البحث الحالي على الاستئصال العلوي، يمكن تطبيق مبادئ AMI نظرياً على الطرز الاصطناعية السفلية لتحسين المشي والاستقرار.
تشمل اتجاهات البحث المستقبلية:
- تحسين التقنيات الجراحية لجعل الإجراء متاحاً للمزيد من المرضى
- تطوير خوارزميات متقدمة لفك تشفير أنماط إشارات العضلات المعقدة بشكل أفضل
- دمج أنظمة التغذية الراجعة الحسية التي توفر أحاسيس اللمس والضغط
مع نضج التكنولوجيا، يهدف فريق مختبر MIT الإعلامي إلى نقل هذه الأنظمة من البيئات المختبرية إلى الممارسة السريرية. الرؤية النهائية هي حل طرز اصطناعي ليس فقط عملياً، بل متكامل بالكامل في الإطار العصبي والبيولوجي للمستخدم، مما يوفر جودة حياة شبه طبيعية.