Grijpen met een prothese met gevoel

Techniek Gevoel stoppen in een prothesearm is één ding, ook weten waar de hand zich bevindt, is nog lastiger. Amerikaanse onderzoekers lukte het.

Onderzoekers werken aan een prothese die gevoel kan terugkoppelen naar de hersens.
Onderzoekers werken aan een prothese die gevoel kan terugkoppelen naar de hersens. Foto The Cleveland Clinic Center

Het lijkt zo normaal: zonder naar je hand te kijken een muffin vastpakken. Grijp je mis, dan corrigeer je dat direct. Maar met een kunstarm is dit lastig: is de hand open of dicht en hoe hard moet je knijpen? Amerikaanse onderzoekers maakten een experimentele bovenarmprothese waarmee het nu mogelijk is op een ‘natuurlijke manier’ een muffin vast te pakken. Dat deden ze met twee proefpersonen, de één met alleen een schouder en de ander met nog een klein stukje bovenarm. Het onderzoek publiceerden ze vorige week in Science Robotics.

Bij mensen met een prothese weten de hersenen niet automatisch waar de hand zich bevindt en of die iets aanraakt. Een beker vastpakken, kan dan alleen door naar de prothesearm en de beker te kijken tot de hand om de beker zit. Met de Amerikaanse arm kan dit nu zónder de hand te zien. Sensoren op de stomp of schouder koppelen via de huid beweging en aanraking van de hand terug aan de hersenen.

Schedel

De ideale armprothese vangt drie functies op: beweging, gevoel in de hand en weten waar deze zich bevindt. Normaal komt het commando voor een handbeweging vanuit de hersenen, die via motorische zenuwen een signaal geven aan de spieren. Aanraking en het gevoel van een beweging worden via gevoelszenuwen teruggekoppeld.

De signalen van de motorische zenuwen kunnen ook gebruikt worden om een prothese aan te sturen. Het signaal wordt dan door apparatuur direct bij of zelfs in de hersenen opgevangen. Of in de spieren in de stomp of schouder, zoals de Amerikanen doen. Op de schedel is het signaal zwak en een implantaat in de hersenen is een zware operatie. Dat maakt aansluiten op de spieren in de stomp een goede optie, al is daar ook een operatie voor nodig.

Door het restant van de motorische zenuw die voorheen de armspieren aanstuurde aan een ander overgebleven stukje spier in de stomp te koppelen, beweegt deze spier als de patiënt bijvoorbeeld denkt aan het openen van zijn hand. De onderzoekers lazen de beweging van die spier vervolgens af met een sensor op de huid en bestuurden dan met dit signaal de prothese.

Kabel

Voor het terugkoppelen van gevoel in de vingers en handpalm maakten de onderzoekers gebruik van de gevoelszenuwen die dit voorheen deden. Die werden met een operatie bevestigd aan gevoelszenuwen van stukjes huid op de stomp of schouder. Op dit stuk huid sloten de Amerikanen de prothese aan. Dat deden ze met behulp van mini-robots. Die kregen een signaal van sensoren in de vingers en handpalm van de prothese. Daardoor bewogen ze over de op de gevoelszenuwen aangesloten huid en zo voelde de patiënt dat hij een beker vasthield.

Tegelijkertijd registreerden de Amerikanen met een kabel tussen de duim en pols het sluiten van de prothesehand. Dit koppelden ze terug aan de patiënt via een andere mini-robot op de huid die druk uitoefende op een spier in de stomp door te gaan trillen. Daarmee activeerden de onderzoekers zenuwen die voorheen het gevoel van een sluitende handbeweging doorgaven aan de hersenen. Zo wist een patiënt of hij zijn hand open of gesloten had.

Dat de patiënt dit wist zonder te kijken „is echt een nieuwe stap”, reageert Ruud Selles, bewegingswetenschapper en hoogleraar aan het Erasmus MC. Knap, in combinatie met de benadering van gevoel in de hand en de aansturing via motorische zenuwen, vindt hij.

Simpele prothese

Maar het gaat nog wel om een prototype. „De proefpersonen kunnen er niet zo mee naar huis lopen - er steken nog draden uit de verschillende onderdelen.” En de arm is maar met twee proefpersonen uitgetest, wat vervolgonderzoek noodzakelijk maakt.

Zo’n prothese is ook niet voor iedereen geschikt, denkt Selles. „Het vergt enorm veel training en doorzettingsvermogen om hiermee overweg te kunnen. Daarnaast doet ook een simpele prothese het eigenlijk al best goed. Alleen moet je dan wel steeds kijken wat je met je arm doet.”