- Voelende modulaire protheses die met de hersenen worden bestuurd
- Bionische prothese verandert man zonder arm in bovenmenselijke drummer
- Vrouw zonder enkel kan met robot-prothese weer dansen
- Mondapparaatje helpt doven te horen en blinden te zien – met hun tong
- Bionische ogen – nog meer hulp voor blinden en slechtzienden
In de afgelopen twintig jaar zijn biotechnologie en protheses de snelst ontwikkelende gebieden van wetenschappelijk onderzoek geworden. Nieuwe apparaten en klinische onderzoeken volgen elkaar in razend tempo op. We zien al hersenbestuurde protheses waarmee mensen met amputaties weer een volwaardig leven kunnen leiden. Of wat dacht je van orale apparaten waarmee blinden weer kunnen ‘zien’ en mensen met een gehoorbeperking weer kunnen ‘horen’?
Voelende modulaire protheses die met de hersenen worden bestuurd
Met de technologie achter ‘voelende’ protheses kunnen mensen met amputaties binnenkort een voelend ledemaat met hun eigen herenen aansturen. In 2006 kreeg het John Hopkins University Lab $120 miljoen van DARPA om gewonde soldaten te helpen. Sindsdien hebben ingenieurs van het universiteitslaboratorium, in samenwerking met de HDT Global – de ontwikkelaar van de technologie – een nieuwe generatie modulaire protheses ontwikkeld. Met deze bionische ledematen wordt de menselijke arm in kracht en behendigheid nagebootst – een hersengestuurde, voelende robotarm met 26 gewrichten en meer dan 100 sensoren. De bionische arm is een uitkomst voor mensen zoals de 59-jarige Les Baugh die als tiener tijdens een ongeluk beide armen verloor. Tijdens een recente chirurgische ingreep werden de resterende zenuwen van zijn ontbrekende armen aan sensoren gekoppeld. Hiermee konden zijn hersenen signalen sturen naar de modulaire protheses en deze laten bewegen. Om optimaal gebruik te kunnen maken van een bionische arm, moet de prothese een glas water stevig vast kunnen houden zonder zoveel kracht te gebruiken dat het glas kapot breekt. De prothese moet dus kunnen interpreteren hoeveel druk er uitgeoefend wordt. Na verloop van tijd, naarmate de zenuwen dieper gegroeid waren, konden Baugh en anderen die de chirurgische procedure ondergingen sensatie en structuur voelen.
De modulaire protheses kunnen zo worden aangepast dat ze geschikt zijn voor patiënten met diverse behoeften – van iemand die een hand kwijt is tot iemand die een hele arm mist. Ook mensen die gedeeltelijk of zelfs volledig verlamd zijn kunnen door deze protheses geholpen worden. Hoewel ze volledig functioneel zijn moeten ze nog wel goedgekeurd worden door de FDA. Ook zullen de kosten fors moeten dalen willen de protheses op de markt gebracht kunnen worden.
Robotarm verandert man zonder arm in bovenmenselijke drummer
Jason Barnes begon met drummen toen hij vijftien was. Hij droomde ervan om ooit een professionele muzikant te worden. In 2012 werd hij echter tijdens het schoonmaken van een afzuigkap in het restaurant waar hij werkte geëlektrocuteerd, en verloor hij de helft van zijn arm. Barnes, die niet van plan was om zijn droom op te geven, maakte zelf een prothese van een eenvoudige beugel met een spiraal. Zo kon hij toch aan de Atlantic Institute of Music en Media in Georgië gaan studeren. Maar nu, met een aangepaste bionische arm ontwikkeld door Gil Weinberg van het Institute of Technology in Georgië, lijken de muzikale vaardigheden van Barnes bijna bovenmenselijk. De robotprothese werk met elektromyografie, wat Barnes in staat stelt om te reageren op de elektrische impulsen die door zijn bovenarm worden uitgezonden. Hiermee kan hij zijn bewegingssnelheid en zijn grip op de drumsticks aanpassen. Met ingebouwde sensoren en een door jazzlegendes als Thelonius Monk en John Coltrane geïnspireerd algoritme, kan een tweede stok aan dezelfde prothese onafhankelijk een extra ritme slaan. Barnes is zeer enthousiast over deze prothese die duidelijk veel effectiever is dan zijn huidige kunstmatige ledemaat.
Vrouw met geamputeerde voet kan met robotenkel weer dansen
Hugh Herr, ‘prothese-pionier’ aan het Media Lab van het MIT, verloor als tiener tijdens een bergexpeditie beide benen door bevriezing. Na zijn master’s in de werktuigbouwkunde gehaald te hebben, een doctoraat in biofysica en postdoctoraal werk in biomechatronica, richtte Herr het bionica-bedrijf iWalk op, dat later BiOm werd. Hiermee bracht hij de geavanceerde technologie tot leven die hem altijd al gefascineerd had. Eind 2009 werd zijn eerste ‘onderbeen-systeem’, aangedreven door robotica om pees- en spierfunctie te vervangen, uitgebreid getest. Het verfijnde exoskelet bestaat uit geautomatiseerde knieën, voeten en enkels die er levensecht uitzien. Bij elke stap krijgt de gebruiker extra power zodat hij nog maar de helft zoveel kracht nodig heeft om te lopen. In de metalen behuizing van de prothese zitten microprocessoren en sensoren die de voet en enkel aansturen. De prothese kan specifiek voor de gebruiker geprogrammeerd worden. Tijdens een van Herr’s TED talks werd hij op het podium vergezeld door Adrianne Haslet-Davis, een ballroomdanseres die het onderste deel van haar benen verloor tijdens de bomaanslagen in Boston. Met de op maat gemaakte BiOM-enkels danste ze voor het eerst weer voor het publiek. De huidige BiOM-enkels kunnen behalve voor wandelen nog niet gebruikt woorden voor inspannende activiteiten als dansen. Herr werkt echter hard aan een toekomst waarin mensen met allerlei soorten lichamelijke beperkingen door middel van bionische technologie hun mobiliteit weer terugkrijgen.
Mondapparaatje helpt doven te horen en blinden te zien – met hun tong
Nieuwe medische innovaties en technologische doorbraken volgen elkaar in razend tempo op en nu zijn er nieuwe apparaten die mogelijk miljoenen mensen kunnen helpen om weer te ‘zien’ en ‘horen’ – met hun tong. Ook al zijn ogen en oren de belangrijkste zintuigen, onze tong heeft duizenden zenuwen die voor veel meer gebruikt kunnen worden dan alleen proeven.
Nu kunnen dove mensen ‘horen’ met hun tong
Voor veel doven en slechthorenden zijn cochleaire implantaten of bionische oren een uitkomst die vele levens hebben veranderd. Maar niet iedereen met een auditieve beperking is een geschikte kandidaat voor deze implantaten. Een niet-invasief alternatief zou voor nog veel meer mensen een oplossing kunnen zijn. Er is nu een nieuw apparaat dat veel minder kost en veel effectiever is dan zijn bionische tegenhanger. Amerikaanse onderzoekers hebben een elektronisch mondapparaatje ontwikkeld dat geluiden naar de hersenen stuurt door middel van trillingen op de tong. Het gebied van de hersenen dat signalen ontvangt van de duizenden zenuwen in onze tong is in staat om zeer complexe informatie te analyseren. Wanneer de gebruiker zijn tong tegen het mondstuk duwt, voelt hij een licht vibrerend of tintelend gevoel – net als wanneer je bronwater drinkt. De hersenen van de gebruiker decoderen de patronen van deze trillingen en ‘vertalen’ ze naar geluid dat de gebruiker via een Bluetooth device kan horen. Het systeem is voor iedereen geschikt omdat het zelfs werkt als de gehoorzenuw van de patiënt beschadigd is.
Om de hersenen te leren deze trillingen automatisch te interpreteren moet de patiënt het mondstuk een paar weken tot een paar maanden gebruiken. Het onderzoeksteam is inmiddels begonnen met het testen van de prototypes maar het zal nog even duren voordat de technologie volledig functioneel en beschikbaar is voor het grote publiek. Er is in ieder geval vast een startup gelanceerd die de apparaten direct kan gaan maken zodra de technologie helemaal afgerond en gefinetuned is.
Nu kunnen blinden ‘zien’ met hun tong
Een soortgelijk principe dat dove mensen in staat stelt om te horen met hun tong wordt ook gebruikt om mensen met een visuele beperking in staat te stellen te ‘zien’ met hun tong. Deze technologie kan gebruikt worden in combinatie met braille en blindenstokken. De BrainPort V100 – een plat mondapparaatje met elektroden – is verbonden met een videocamera die gemonteerd is op een bril. Met gebruik van speciaal ontwikkelde software wordt beeld via de camera omgezet in elektrische signalen en doorgegeven aan de tong die de beelden als tinteling in bepaalde patronen waarneemt. Met ervaring en training zal de gebruiker leren om met deze signalen vormen en positie van objecten waar te nemen. Onderzoek heeft aangetoond dat bijna zeventig procent van de patiënten die een jaar training met deze apparaten voltooiden, objectherkenning succesvol konden toepassen.
Er wordt ook onderzoek gedaan naar mogelijke toepassingen in combinatie met druksensoren, microfoons en magnetometers. Hiermee kunnen in de toekomst, naast geluid en zicht, wellicht nog meer beschadigde zintuigen hersteld worden.
Bionische ogen – nog meer hulp voor blinden en slechtzienden
Het bedrijf Second Sight is gestart met het testen van het Argus II Retinal Prothese System, retinale implantaten die blinden en slechtzienden een zekere mate van zicht geven. Het systeem, een bionisch implantaat, is speciaal ontwikkeld voor mensen die blind zijn geworden door oogaandoeningen zoals retinitis pigmentosa en maculadegeneratie. Retinitis pigmentosa is een erfelijke aandoening die ongeveer 1,5 miljoen mensen wereldwijd treft. Tien procent van mensen boven de 55 hebben verschillende gradaties van maculadegeneratie. Beide aandoeningen veroorzaken schade aan de fotoreceptoren van de ogen, aan de achterkant van het netvlies. Dit zijn de cellen die licht waarnemen en ze naar onze hersenen sturen waar ze als beelden geïnterpreteerd worden. Het Argus II-systeem vervangt de fotoreceptoren door het omzetten van videobeelden uit een mini-videocamera, gemonteerd op de bril van de patiënt. Het implantaat is niet in staat om zeer gedetailleerde beelden te genereren, maar het helpt patiënten wel om vormen en patronen waar te nemen. Op termijn zou het systeem blinden en slechtzienden diverse oplossingen kunnen bieden.
De toekomst ziet er rooskleurig uit
In de nabije toekomst evolueert prothese-research in geavanceerde reconstructieve chirurgie en bionische implantaten. Over twintig jaar zien we kunstmatige bloedcellen, bionische exoskeletons en organen die in laboratoria worden gekweekt. Geavanceerde ontwikkelingen in de biomechanica stellen ons in de toekomst in staat om weefsel en botten in korte tijd te herstellen. Deze ontwikkelingen maken het voor miljoenen mensen met een beperking mogelijk om weer deel te nemen aan de maatschappij.
