Bionik giver følelse og hørelse

En række forsøg på at genopbygge kroppe med kunstigt fremstillede hænder, ben og fødder ligger side om side på hylderne i Robert Lipschutz’ kontor på Chicagos genoptræningsinstitut (RIC). “Den grundlæggende teknologi bag armproteser har ikke ændret sig meget de sidste 100 år,” siger han. “Der er andre materialer, så vi bruger plast i stedet for læder, men det grundlæggende princip er det samme: gribetænger og hængsler, der bevæges af kabler eller motorer og styres med håndtag.” Robert Lipschutz hiver en skal af plastic ned fra en hylde.

15. januar 2010

En række forsøg på at genopbygge kroppe med kunstigt fremstillede hænder, ben og fødder ligger side om side på hylderne i Robert Lipschutz’ kontor på Chicagos genoptræningsinstitut (RIC). “Den grundlæggende teknologi bag armproteser har ikke ændret sig meget de sidste 100 år,” siger han. “Der er andre materialer, så vi bruger plast i stedet for læder, men det grundlæggende princip er det samme: gribetænger og hængsler, der bevæges af kabler eller motorer og styres med håndtag.” Robert Lipschutz hiver en skal af plastic ned fra en hylde.

Det viser sig at være en venstre skulder og arm. Skulderdelen er en slags brystplade, der spændes fast hen over brystet med et seletøj. Armen har en gribeklo i enden. For at strække armen skal man dreje hovedet til venstre og trykke på et håndtag med hagen, samtidig med at man laver en finte med kroppen for at svinge kropsdelen ud. Det er lige så akavet, som det lyder. Og tungt. Efter 20 minutter er man øm i nakken af den skæve stilling og anstrengelsen med at trykke på håndtagene. Mange amputerede ender med at lægge disse arme fra sig.

Ikke sikker på, om det hjælper

“Somme tider har jeg svært ved at få mig selv til at give folk disse indretninger,” siger Robert Lipschutz, “for vi ved faktisk ikke, om de overhovedet hjælper.” Han og andre på RIC mener, at den type protese, som Amanda Kitts har meldt sig frivilligt til at teste, ville hjælpe mere. Den styres af hjernen og ikke af kropsdele, der normalt ikke har noget med bevægelsen af hånden at gøre. Ved hjælp af en teknik, der kaldes “målrettet nervegenopbygning i muskler”, kan man bruge de nerver, der er tilbage efter en amputation, til at styre en kunstig kropsdel. Det blev første gang prøvet på en patient i 2002. Fire år senere læste Tommy Kitts, Amandas mand, om det på internettet, mens hans kone lå på hospitalet efter sin ulykke.

“Det lød som den bedste mulighed, der var, meget bedre end motorer og håndtag,” siger Tommy. “Amanda blev faktisk helt opsat på det.” Kort efter sad de i et fly på vej til Illinois.

Todd Kuiken, der er læge og medicoingeniør på RIC, var ansvarlig for, hvad instituttet var begyndt at kalde “den bioniske arm”. Han vidste, at nerverne i en amputerets arm- eller benstump stadig kunne overføre signaler fra hjernen. Og han vidste, at en computer i en protese kunne få elmotorer til at bevæge kropsdelen. Problemet var at skabe forbindelsen. Nerver overfører elektricitet, men de kan ikke splejses sammen med et computerkabel. (Nervefibre og metalledninger er ikke et godt match. Og et åbent sår, hvor en ledning går ind i kroppen, ville være en farlig kilde til infektioner).

Todd Kuiken havde brug for en forstærker til at forstærke signalerne fra nerverne, så det ikke var nødvendigt med en direkte forbindelse. Han fandt en i musklerne. Når muskler trækker sig sammen, afgiver de en elektrisk impuls, der er kraftig nok til at blive opfanget af en elektrode, som er anbragt på huden. Han udviklede en teknik til at omdirigere overrevne nerver fra deres gamle, beskadigede steder til andre muskler, der kunne give signalerne fra dem den rigtige forstærkning.

I oktober 2006 begyndte Todd Kuiken arbejdet med at trække nye ledningsbaner i Amanda Kitts. Første skridt var at redde de større nerver, der engang havde løbet hele vejen ned igennem hendes arm. Nerverne udgik fra Amanda Kitts’ hjerne, i den motoriske cortex, der rummer et udetaljeret kort over kroppen, men de stoppede ved hendes armstump. Under en kompliceret operation omdirigerede en kirurg disse nerver til forskellige områder på Amanda Kitts’ overarmsmuskler. De følgende måneder voksede nerverne millimeter for millimeter og skød længere og længere ind i deres nye opholdssteder.

“Efter tre måneder begyndte jeg at mærke en svag snurren og små trækninger,” siger Amanda Kitts. “Efter fire måneder kunne jeg faktisk mærke forskellige dele af min hånd, når jeg rørte ved min overarm. Jeg kunne røre ved den forskellige steder og mærke forskellige fingre.” Det, hun kunne mærke, var dele af den fantomarm, der var kortlagt i hendes hjerne, og som nu igen var forbundet med vævet. Når Amanda Kitts tænkte på at bevæge sine fantomfingre, trak hendes rigtige overarmsmuskler sig sammen.

En måned senere var hun udstyret med sin første bioniske arm, der havde elektroder i muffen omkring armstumpen til at opfange signalerne fra musklerne. Udfordringen var nu at omdanne disse signaler til ordrer om at bevæge albuen og hånden. Der kom et stormvejr af elektrisk støj fra det lille område på Amanda Kitts’ arm. Et eller andet sted var det signal, der betød “ret albuen ud” eller “drej håndleddet”. En mikroprocessor, der var indbygget i protesen, måtte programmeres til at skelne det rigtige signal og sende det til den rigtige motor.

Takket være Amanda Kitts’ fantomarm har det været muligt at finde frem til disse signaler. I et laboratorium på RIC giver Blair Lock, der er forskningsingeniør, programmeringen den sidste afpudsning. Han får Amanda Kitts til at tage den kunstige arm af, så han kan fylde hendes armstump med elektroder. Hun står foran et stort fladskærms-tv, som viser en løs, hudfarvet arm, der svæver på en blå baggrund – en visualisering af hendes fantom. Blair Locks elektroder opfanger kommandoerne, der går fra Amanda Kitts’ hjerne ned til hendes armstump, og den virtuelle arm bevæger sig.

Med et dæmpet stemmeleje, som for ikke at bryde hendes koncentration, beder Blair Lock Amanda Kitts om at dreje hånden, så håndfladen vender indad. “Ret nu håndleddet ud med håndfladen opad,” siger han. Hånden på skærmen bevæger sig. “Går det bedre end sidste gang?” spørger hun. “Ja, mon ikke. Kraftige signaler.” Amanda Kitts ler. Nu beder Blair Lock hende om at lægge tommelfingeren ind til de øvrige fingre. Skærmhånden adlyder. Amanda Kitts spærrer øjnene op. “Hold da op. Det vidste jeg ikke engang, at jeg kunne!” Så snart muskelsignalerne, der er forbundet med en bestemt bevægelse, er blevet identificeret, er computeren i armen programmeret til at holde øje med dem og svare ved at aktivere den rigtige motor.

Stedet, hvor Amanda Kitts øvede sig på at bruge sin arm, ligger en etage under Todd Kuikens kontor i en lejlighed, som ergoterapeuter har indrettet med alt, hvad en amputeret, der lige er blevet forsynet med en protese, normalt har brug for at kunne betjene. Den har et køkken med komfur, bestik i en skuffe, en seng, et skab med bøjler, et badeværelse, trapper – ting, som folk bruger hver dag uden at spekulere over det, men som udgør uoverstigelige forhindringer for en, der mangler en kropsdel. Det er noget ud over det sædvanlige at se Amanda Kitts smøre sig en sandwich i køkkenet. Hendes ærme er rullet op, så man kan se plastmuffen, og hendes bevægelser er flydende. Hendes levende arm holder en skive brød, hendes kunstige fingre tager fat om en kniv, albuen bøjer sig og retter sig ud, mens hun smører brødet.

“Det var ikke let i starten,” siger hun. “Når jeg prøvede at bevæge den, ville den ikke altid, som jeg ville.” Men hun maste på, og jo mere hun brugte armen, desto mere naturtro føltes bevægelserne. Hvad Amanda Kitts rigtig godt kunne tænke sig nu, er at få følelse. Det vil være en stor hjælp i mange situationer, heriblandt en af hendes yndlingsbeskæftigelser – at drikke kaffe. “Problemet med et engangskrus er, at min hånd klemmer til, indtil den får et fast greb. Men med et engangskrus får man aldrig et fast greb,” siger hun. “Det skete engang på en kaffebar. Jeg klemte, indtil koppen gav efter.”

Der er en god chance for, at hun opnår en sådan følsomhed, siger Todd Kuiken, igen takket være sit fantom. Sammen med Johns Hopkins Universitys laboratorium for anvendt fysik har RIC arbejdet på at udvikle en ny prototype med større bevægelighed – flere motorer og led, men også med trykfølsomme puder på fingerspidserne. Puderne er forbundet med små, stempelagtige stave, der prikker på Amanda Kitts’ armstump. Jo større tryk, desto mere mærker hun i sine fantomfingre.

“Jeg kan mærke, hvor hårdt jeg tager fat,” siger hun. Hun kan også mærke forskel på at gnide på en ru overflade som sandpapir og på noget glat som glas ud fra, hvor hurtigt stavene vibrerer. “Jeg ville ønske, de ville give mig den med det samme, så jeg kunne tage den med hjem. Men den er langt mere kompliceret end min hjemmearm, så de har ikke fået gjort den helt driftsikker endnu,” siger hun.

Eric Schremp har ikke brug for kunstige hænder. Han har kun brug for at få sine egne til at fungere. Det har de ikke gjort af sig selv, siden 40-årige Eric Schremp brækkede halsen i 1992. Men nu kan han holde på kniv og gaffel.

Det kan han takket være et implantat udviklet af medicoingenøren Hunter Peckham. “Vores målsætning er at genskabe evnen til at gribe med hænderne,” siger Hunter Peckham. “At kunne bruge sine hænder er nøglen til frihed.”

Elektroder forbinder bryst med fingermuskler

Eric Schremps fingermuskler og de nerver, der styrer dem, er der stadig, men signalerne fra hans hjerne er blevet afbrudt ved halsen. Hunter Peckhams hold har ført otte mikroskopisk tynde elektroder fra Eric Schremps bryst under huden på hans højre arm og ud til fingermusklerne. Når en muskel i hans bryst trækker sig sammen, udløser det et signal, der via en radiosender sendes til en lille computer, der hænger på hans kørestol. Computeren oversætter signalet og sender det via radio tilbage til en modtager indopereret i hans bryst, hvorfra signalet sendes via ledninger gennem Eric Schremps arm til hans hånd. Her fortæller signalet hans fingermuskler, at de skal trække sig sammen i et greb – alt sammen inden for et mikrosekund.

“Jeg kan holde på en gaffel og spise selv,” siger Eric Schremp. “Det betyder meget.”

Omkring 250 personer er blevet behandlet med denne teknik, der stadig er på forsøgsstadiet. Men en anden bionisk indretning, der har vist, at symbiosen mellem hjerne og apparat kan være både effektiv og holdbar, er blevet indopereret i næsten 200.000 mennesker verden over de seneste 30 år. Denne indretning kaldes et cochlea-implantat, og Aiden Kenny er en af de seneste modtagere. Tammy Kenny, hans mor, kan huske, da hun for et år siden fandt ud af, at hendes barn ikke kunne blive hjulpet med almindelige høreapparater.

“Hvordan skulle han nogen sinde komme til at kende mig? Engang hamrede min mand nogle gryder sammen i håb om en reaktion.” Aiden hørte ikke larmen.

Men nu kan han høre gryder skramle. I februar 2009 opererede kirurger på Johns Hopkins Hospital nogle fine bølgetråde med 22 elektroder ind i de indre dele af Aidens ører, der normalt ville opfange lydvibrationer. Hos Aiden opsamler en mikrofon lyde og sender signaler til elektroderne, der igen sender dem direkte videre til nerverne.

“De aktiverede implantatet en måned efter operationen, og den dag bemærkede vi, at han reagerede på lyd,” siger Tammy Kenny. “Han vendte sig om ved lyden af min stemme. Det var fantastisk.” I dag er han takket være intensiv terapi begyndt at lære sprog og haler hurtigt ind på sine normalt hørende jævnaldrende.

Måske er du interesseret i ...

Læs også