Bionikk gir følelse og hørsel

En rekke forsøk på å gjenoppbygge kropper med kunstig framstilte hender, bein og føtter ligger side om side på hyllene på kontoret til Robert Lipschutz på Chicagos gjenopptreningsinstitutt (RIC).”Den grunnleggende teknologien som ligger bak armproteser har ikke endret seg mye de siste 100 årene,” sier han. ”I dag er det andre materialer, så vi bruker plast i stedet for lær, men det grunnleggende prinsippet er det samme: gripetenger og hengsler som beveges av kabler eller motorer og styres med håndtak.” Robert Lipschutz kaster et skall av plast ned fra en hylle.

17. januar 2010

En rekke forsøk på å gjenoppbygge kropper med kunstig framstilte hender, bein og føtter ligger side om side på hyllene på kontoret til Robert Lipschutz på Chicagos gjenopptreningsinstitutt (RIC).

”Den grunnleggende teknologien som ligger bak armproteser har ikke endret seg mye de siste 100 årene,” sier han. ”I dag er det andre materialer, så vi bruker plast i stedet for lær, men det grunnleggende prinsippet er det samme: gripetenger og hengsler som beveges av kabler eller motorer og styres med håndtak.” Robert Lipschutz kaster et skall av plast ned fra en hylle.

Det viser seg å være en venstre skulder og arm. Skulderdelen er en slags brystplate som spennes fast over brystet med en sele. Armen har en gripeklo i enden. For å strekke armen må man vri hodet til venstre og trykke på et håndtak med haken samtidig som han gjør en finte med kroppen for å svinge kroppsdelen ut. Det er like komplisert som det høres ut. Og tungt. Etter 20 minutter er man øm i nakken av den skjeve stillingen og anstrengelsen med å trykke på håndtakene. Mange amputerte ender opp med å legge fra seg disse armene.

Ikke sikker på om det hjelper

”Noen ganger har jeg vanskelig for å få meg selv til å gi folk disse innretningene,” sier Robert Lipschutz, ”for vi vet faktisk ikke om de hjelper i det hele tatt.” Han og andre på RIC mener at den typen protese som Amanda Kitts har meldt seg frivillig til å teste, vil hjelpe mer. Den styres av hjernen og ikke av kroppsdeler som normalt ikke har noe med bevegelsen av hånden å gjøre. Ved hjelp av en teknikk som kalles ”målrettet nervegjenoppbygging i muskler”, kan man bruke de nervene som er igjen etter en amputasjon til å styre en kunstig kroppsdel. Det ble testet ut for første gang på en pasient i 2002. Fire år senere leste Tommy Kitts, mannen til Amanda, om det på internett mens kona hans lå på sykehuset etter ulykken.

”Det hørtes ut som den beste muligheten som fantes, mye bedre enn motorer og håndtak,” sier Tommy. ”Amanda ble faktisk helt oppsatt på det.” Like etter fløy de til Illinois.

Todd Kuiken, som er lege og medisinsk ingeniør ved RIC, var ansvarlig for det instituttet hadde begynt å kalle ”den bioniske armen”. Han visste at nervene i en amputert arm- eller beinstump fremdeles kan overføre signaler fra hjernen. Og han visste at en datamaskin i en protese kan få elektriske motorer til å bevege kroppsdelen. Problemet var å lage forbindelsen. Nerver overfører elektrisitet, men de kan ikke spleises sammen med en datakabel. (Nervefiber og metalledninger er ikke en godt match. Og et åpent sår, der en ledning går inn i kroppen, ville vært en farlig kilde til infeksjoner.)

Todd Kuiken trengte en forsterker til å forsterke nervesignalene slik at det ikke var nødvendig med direkte forbindelse. Han fant en i musklene. Når muskler trekker seg sammen, avgir de en elektrisk impuls som er kraftig nok til at den blir fanget opp av en elektrode som er plassert på huden. Han utviklet en teknikk som omdirigerte istykkerrevne nerver fra de gamle, skadde stedene til andre muskler, og som kunne gi signalene fra dem den riktige forsterkningen.

I oktober 2006 begynte Todd Kuiken arbeidet med å trekke nye ledningsbaner i Amanda Kitts. Første skritt var å redde de større nervene som en gang hadde gått hele veien ned gjennom armen hennes. Nervene utgikk fra hjernen hennes, i den motoriske cortex, som inneholder et lite, detaljert kart over kroppen, men de stoppet ved armstumpen. Under en komplisert operasjon omdirigerte en kirurg disse nervene til forskjellige områder på overarmsmusklene hennes. I månedene som fulgte vokste nervene millimeter for millimeter og gikk lenger og lenger inn i sine nye oppholdssteder. ”Etter tre måneder begynte jeg å merke en svak snurring og små trekninger,” sier Amanda Kitts. ”Etter fire måneder kunne jeg faktisk kjenne forskjellige deler av hånden min når jeg berørte overarmen. Jeg kunne røre ved den forskjellige steder og kjenne forskjellige fingrer.” Det hun kunne merke, var deler av den fantomarmen som var kartlagt i hjernen hennes, og som nå igjen var forbundet med vevet. Når Amanda Kitts tenkte på å bevege fantomfingrene, trakk de ekte overarmsmusklene seg sammen.

En måned senere var hun utstyrt med sin første bioniske arm. Den hadde elektroder i muffen rundt armstumpen som skulle fange opp signalene fra musklene. Utfordringen var nå å omdanne disse signalene til ordrer om å bevege albuen og hånden. Det kom en storm av elektrisk støy fra det lille området på armen til Amanda Kitts. Et eller annet sted var det signal som betød ”rett ut albuen” eller ”vri håndleddet”. En mikroprosessor som var bygd inn i protesen, måtte programmeres til å skjelne det riktige signalet og sende det til riktige motor.

Takket være Amanda Kitts’ fantomarm har det vært mulig å finne fram til disse signalene. I et laboratorium på RIC gir Blair Lock, som er forskningsingeniør, programmeringen den siste finpussen. Han får Amanda Kitts til å ta av seg den kunstige armen, slik at han kan fylle armstumpen hennes med elektroder. Hun står foran en stort flatskjerm-TV som viser en løs, hudfarget arm som svever på en blå bakgrunn – en visualisering av fanotomet hennes. Blair Locks elektroder fanger opp kommandoene som går fra Amanda Kitts’ hjerne ned til armstumpen, og den kunstige armen beveger seg.

Med et dempet stemmeleie, som for ikke å ødelegge konsentrasjonen hennes, ber Blair Lock Amanda Kitts om å vri hånden slik at håndflaten snur innover. ”Rett ut håndleddet med håndflaten opp,” sier han. Hånden på skjermen beveger seg. ”Går det bedre enn forrige gang?” spør hun. ”Ja, det tror jeg. Kraftige signaler.” Amanda Kitts ler. Nå ber Blair Lock henne om å legge tommelfingeren inntil de andre fingrene. Skjermhånden adlyder. Amanda Kitts sperrer opp øynene. ”Er det sant? Det visste jeg ikke engang at jeg kunne!” Så snart muskelsignalene som er forbundet med en bestemt bevegelse, har blitt identifisert, er datamaskinen i armen programmert til å holde øye med dem og svare ved å aktivere den riktige motoren.

Stedet der Amanda Kitts trente på å bruke armen, ligger en etasje under Todd Kuikens kontor i en leilighet som ergoterapeuter har utstyrt med alt det en som nettopp har amputert og fått en protese, normalt trenger for å kunne fungere. Den har et kjøkken med komfyr, bestikk i en skuff, en seng, et skap med kleshengere, et bad, trapper – ting som folk bruker hver dag uten å tenke over det, men som utgjør uoverstigelige hindringer for en som mangler en kroppsdel. Det er noe helt spesielt å se Amanda Kitts smøre seg en brødskive på kjøkkenet. Ermene hennes er rullet opp slik at man kan se plastmuffen, og bevegelsene hennes er helt flytende. Den levende armen hennes holder en brødskive, de kunstige fingrene tar tak rundt en kniv, albuen bøyer seg og retter seg mens hun smører brødet.

”Det var ikke lett i begynnelsen,” sier hun. ”Når jeg prøvde å bevege den, ville den ikke alltid det jeg ville.” Men hun stod på, og jo mer hun brukte armen, jo mer naturtro føltes bevegelsene. Det Amanda Kitts godt kunne tenke seg nå, er å få igjen følelsen i armen. Det vil være en stor hjelp i mange situasjoner, deriblant en av yndlingsbeskjeftigelsene – å drikke kaffe.

”Problemet med et engangskrus er at hånden min klemmer til helt til den får et fast grep. Men med et engangskrus får man aldri et fast grep,” sier hun. ”Det skjedde en gang på en kaffebar. Jeg klemte helt til koppen gav etter.”

Det er gode sjanser for at hun oppnår en slik følsomhet, sier Todd Kuiken, igjen takket være sitt fantom. Sammen med Johns Hopkins Universitys laboratorium for anvendt fysikk har RIC arbeidet med å utvikle en ny prototype med større bevegelighet – flere motorer og ledd, men også med trykkfølsomme puter på fingertuppene. Putene er forbundet med små, stempelaktige staver som prikker på armstumpen til Amanda Kitts. Jo større trykk, desto mer merker hun det i fantomfingrene.

”Jeg kan kjenne hvor hardt jeg tar tak,” sier hun. Hun kan også kjenne forskjellen på å gni på en ru overflate som sandpapir og på noe glatt som glass ut fra hvor raskt stavene vibrerer. ”Jeg skulle ønske at de ville gi meg den med en gang slik at jeg kunne ta den med hjem. Men den er langt mer komplisert enn hjemmearmen min, så de har ikke fått gjort den helt driftssikker ennå,” sier hun. Eric Schremp trenger ikke kunstige hender. Han trenger bare å få sine egne til å fungere. Det har de ikke gjort av seg selv siden 40 år gamle Eric Schremp brakk halsen i 1992. Men nå kan han holde på kniv og gaffel.

Det kan han takket være et implantat utviklet av den medisinske ingeniøren Hunter Peckham. ”Målet er å gjenskape evnen til å gripe med hendene,” sier Hunter Peckham. ”Å kunne bruke hendene er nøkkelen til frihet.”

Elektroder knytter brystet til fingermusklene

Eric Schremps fingermuskler og de nervene som styrer dem, er der fremdeles, men signalene fra hjernen hans har blitt brutt ved halsen. Hunter Peckhams team har ført åtte mikroskopisk tynne elektroder fra brystet til Eric Schremp under huden på den høyre armen hans og ut til fingermusklene. Når en muskel i brystet trekker seg sammen, utløser det et signal som via en radiosender sendes til en liten datamaskin som henger på rullestolen hans. Datamaskinen oversetter signalet og sender det via radio tilbake til en mottaker som er operert inn i brystet hans. Derifra sendes signalet via ledninger gjennom armen til Eric Schremp og ned i hånden. Der forteller signalet fingermusklene at de skal trekke seg sammen i et grep – alt dette foregår i løpet av et mikrosekund. ”Jeg kan holde på en gaffel og spise selv,” sier Eric Schremp. ”Det betyr mye.”

Omkring 250 personer har blitt behandlet med denne teknikken, som fremdeles er på forsøksstadiet. Men en annen bionisk innretning som har vist at symbiosen mellom hjerne og apparat kan være både effektiv og holdbar, har blitt operert inn i nesten 200 000 mennesker over hele verden de siste 30 årene. Denne innretningen kalles et cochlea-implantat, og Aiden Kenny er en av de siste som har fått den. Tammy Kenny, moren hans, kan huske da hun for et år siden fant ut at barnet hennes ikke kunne få noe hjelp og utbytte fra vanlige høreapparater.

”Hvordan skulle han noen gang komme til å kjenne meg? En gang hamret og banket mannen min på noen gryter i håp om å få en reaksjon.” Aiden hørte ikke bråket.

Men nå kan han høre gryter som skramler. I februar 2009 opererte kirurger ved Johns Hopkins Hospital inn noen fine bølgetråder med 22 elektroder i de indre delene av ørene til Aiden, som normalt ville fanget opp lydvibrasjoner. Hos Aiden samler en mikrofon opp lyder og sender signaler til elektrodene, som igjen sender dem direkte videre til nervene.

”De aktiverte implantatet en måned etter operasjonen, og den dagen la vi merke til at han reagerte på lyd,” sier Tammy Kenny. ”Han snudde seg da han hørte lyden av stemmen min. Det var fantastisk.” I dag har han takket være intensiv terapi begynt å lære språk og tar raskt innpå sine normalt hørende jevnaldrende.

Kanskje du er interessert i ...

Les også