Bioniset osat antavat tunto- ja kuuloaistin

Kehonkorjausyritysten historiaa voi lukea Robert Lipschutzin toimiston hyllyillä Chicagon kuntoutusinstituutissa (RIC) lepäävistä tekokäsistä ja -jaloista. ”Proteesikäsivarsien perustekniikka ei ole muuttunut paljoakaan sadan viime vuoden aikana”, hän sanoo. ”Materiaalit ovat erilaisia, joten käytämme muovia nahan sijaan, mutta perusajatus on sama: vaijereiden tai moottoreiden liikuttamia koukkuja ja niveliä, joita ohjaillaan vivuilla. Moni Irakista palaava amputointipotilas saa käyttöönsä tällaisia välineitä. Kokeilepa tätä.” Lipschutz vetää hyllystä muovisen proteesin.

sunnuntai 17. tammikuuta 2010

Kehonkorjausyritysten historiaa voi lukea Robert Lipschutzin toimiston hyllyillä Chicagon kuntoutusinstituutissa (RIC) lepäävistä tekokäsistä ja -jaloista. ”Proteesikäsivarsien perustekniikka ei ole muuttunut paljoakaan sadan viime vuoden aikana”, hän sanoo. ”Materiaalit ovat erilaisia, joten käytämme muovia nahan sijaan, mutta perusajatus on sama: vaijereiden tai moottoreiden liikuttamia koukkuja ja niveliä, joita ohjaillaan vivuilla. Moni Irakista palaava amputointipotilas saa käyttöönsä tällaisia välineitä. Kokeilepa tätä.” Lipschutz vetää hyllystä muovisen proteesin.

Kyseessä on vasen olka ja käsivarsi. Olkaosa on eräänlainen rintalevy, joka kiinnitetään hihnoilla rintakehään. Olka- ja kyynärpäästä saranoidun käsivarren päässä on metalliset pihdit. Jos kättä haluaa ojentaa, pitää kääntää päätään vasemmalle ja painaa vipua leualla. Raajaa täytyy myös saattaa pienellä yläruumiin heilautuksella. Se tuntuu aivan yhtä omituiselta kuin miltä kuulostaakin. Ja raskaalta. 20 minuutin jälkeen niska on kipeytynyt oudosta asennosta ja vipujen painelusta. Moni amputoitu päätyykin hylkäämään tuollaiset käsivarret.

Emme aina tiedä, onko proteeseista hyötyä

”Minun on joskus vaikea antaa näitä välineitä ihmisille, koska emme tiedä onko niistä todella hyötyä”, Lipschutz sanoo. Enemmän apua saattaisi hänen ja muun RIC-väen mukaan olla sellaisista proteeseista, jollaista Amanda Kitts on tarjoutunut testaamaan. Sitä ohjataan aivoilla eikä ruumiinosilla, jotka eivät normaalisti liity mitenkään käden liikuttamiseen. Kohdennetuksi lihasten uudelleenhermotukseksi (TMR) kutsuttu tekniikka hyödyntää amputoitujen jäljellä olevia hermoja keinoraajan liikuttamisessa. Menetelmää kokeiltiin ensi kerran potilaalla vuonna 2002. Neljä vuotta myöhemmin Tommy Kitts, Amandan aviomies, luki siitä Internetistä vaimonsa maatessa onnettomuuden jäljiltä sairaalassa. Amandan auton murskannut kuorma-auto oli murskannut hänen kätensäkin hieman kyynärpään yläpuolelta.

”Olin vihainen, surullinen, masentunut. En vain voinut hyväksyä asiaa”, Amanda sanoo. Tommyn kertomat asiat chicagolaisesta käsivarresta herättivät kuitenkin toivoa. ”Se tuntui parhaalta tarjolla olevalta vaihtoehdolta, paljon paremmalta kuin moottorit ja kytkimet”, Tommy sanoo. ”Amandakin innostui siitä.” Pian he istuivat lentokoneessa matkalla Chicagoon.

RIC:n lääkäri ja biolääketieteilijä Todd Kuiken vastasi välineestä, jota instituutti oli alkanut kutsua ”bioniseksi käsivarreksi”. Hän tiesi, että amputoidun tyngän hermot pystyivät yhä kuljettamaan aivojen lähettämiä signaaleja. Hän tiesi myös sen, että proteesin tietokone pystyisi ohjaamaan raajaa liikuttavia sähkömoottoreita. Ongelma oli yhteyden saamisessa, sillä hermot johtavat sähköä, mutta niitä ei voi hitsata kiinni tietokonekaapeliin. (Hermosyyt ja metallijohdot kun eivät oikein tule toimeen keskenään. Lisäksi avoin haava johdon sisäänmenoaukon kohdalla avaisi reitin tulehduksille.)

Kuiken tarvitsi vahvistimen, joka tehostaisi hermoista lähteviä signaaleita ja tekisi suoran liitoksen tarpeettomaksi. Hän löysi sellaisen lihaksista. Kun lihakset supistuvat, ne vapauttavat sähköpurkauksen, jonka iholle asennettu elektrodi pystyy havaitsemaan. Hän kehitti tekniikan, jonka avulla katkenneet hermot voidaan uudelleenreitittää vanhoista, vammautuneista kohdista muihin lihaksiin, jotka voivat antaa signaaleille niiden tarvitsemaa vahvistusta.

Kuiken alkoi uudelleenreitittää Amanda Kittsiä lokakuussa 2006. Ensimmäinen askel oli pelastaa tärkeimmät hermot, jotka ylsivät ennen koko käsivarren matkalle. ”Kyseessä ovat samat hermot, jotka liikuttavat käsivartta ja kättä, mutta meidän oli johdettava ne neljälle eri lihasalueelle”, Kuiken sanoo. Hermot lähtivät kyllä liikkeelle Kittsin aivojen motorisesta aivokuoresta, joka sisältää ruumiin karkeapiirteisen kartan, mutta päättyivät kädentynkään kuin katkenneet puhelinlangat. Kirurgi reititti kyseiset hermot erittäin tarkassa leikkauksessa Kittsin olkavarren lihaksistoon, ja ne kasvoivat kuukausien ajan millimetri millimetriltä yhä syvemmälle uuteen kotiinsa.

”Kolmen kuukauden kohdalla aloin tuntea pientä kihelmöintiä ja nykäyksiä”, Kitts sanoo. ”Neljän kuukauden kohdalla pystyin jo tuntemaan käteni eri kohtia koskiessani olkavarttani. Pystyin koskettelemaan sitä eri kohdista ja tuntemaan yksittäisiä sormia.” Todellisuudessa hän tunsi aivoihinsa kartoittuneita aavekätensä osia, jotka oli yhdistetty jälleen lihakseen. Kun Kitts ajatteli aavesormiensa liikuttamista, hänen olkavartensa todelliset lihakset supistuivat.

Kuukausi sen jälkeen hän sai ensimmäisen bionisen käsivartensa, jonka kupin ympärille sijoitetut elektrodit poimivat lihaksista tulevia signaaleja. Seuraava haaste oli muuntaa signaalit kyynärpäätä ja kättä liikuttaviksi komennoiksi. Pienellä alueella Kittsin käsivarressa raivosi sähköinen kohinamyrsky, jonka keskellä piilevä signaali käski ojentaa kyynärpäätä tai kääntää rannetta. Proteesin mikroprosessori piti ohjelmoida onkimaan oikea signaali ja lähettämään se oikeaan moottoriin.

Signaalien löytäminen on mahdollista Kittsin aavekäden ansiosta. Tutkimusinsinööri Blair Lock hienovirittää ohjelmaa RIC:n laboratoriossa. Hän pyytää Kittsiä ottamaan tekokäden pois jotta pystyy peittämään kädentyngän elektrodeilla. Kittsin edessä suuren televisioruudun sinisessä avaruudessa leijuu irtonainen, ihonvärinen käsivarsi – hänen aavekätensä visualisaatio. Elektrodit poimivat Kittsin aivoista alaspäin säteileviä komentoja ja liikuttavat virtuaalikättä.

Lock pyytää lähes kuiskaten Kittsiä kääntämään kämmentään sisäänpäin. Käsi tottelee komentoa ruudulla. ”Ojenna nyt rannetta, kämmen ylöspäin”, hän sanoo. Ruutukäsi liikkuu. ”Meneekö paremmin kuin viimeksi?” Kitts kysyy. ”Kyllä vain, oikein vahvoja signaaleja.” Kitts naurahtaa. Lock pyytää häntä suoristamaan sormia. Ruutukäsi tottelee. Kittsin silmät rävähtävät levälleen. ”Vau. En edes tiennyt osaavani tuota!” Kun tiettyihin liikkeisiin liittyvät lihassignaalit on tunnistettu, käsivarren tietokone ohjelmoidaan etsimään niitä ja vastaamaan niihin oikean moottorin käynnistämisellä.

Kitts harjoitteli käden käyttämistä Kuikenin toimiston alapuolella sijaitsevassa asunnossa, jonka toimintaterapeutit olivat varustaneet kaikella juuri proteesin saaneen amputoidun arjessaan tarvitsemilla välineillä. Asunnossa on keittiö ja liesi, aterimet laatikossa, sänky, henkarikaappi, kylpyhuone, portaat. Niitä kaikkia ihmiset käyttävät päivittäin tuosta vain, mutta ne voivat olla erittäin haastavia niille, joilta puuttuu raaja. Kittsin voileiväntekoa on hämmentävää katsella. Hän käärii hihansa muovikuppia myöten ja liikkuu sujuvasti. Hänen ehjä kätensä pitelee leipää, tekosormet tarttuvat veitseen, kyynärpää koukistuu, ja hän levittää maapähkinävoita edestakaisin.

”Alkuun se ei ollut helppoa”, hän sanoo. ”Yritin liikuttaa sitä, eikä se aina mennyt sinne minne halusin.” Hän kuitenkin jatkoi harjoittelua, ja mitä enemmän hän käytti kättä, sitä luontevammilta liikkeet tuntuivat. Kittsin seuraava toive on tuntoaisti, josta olisi paljon apua monessa puuhassa, esimerkiksi kahvinjuonnissa. ”Pahvimukista juomisessa on se ongelma, että käteni puristuu kiinni kunnes saa tukevan otteen. Pahvimukista ei sellaista koskaan saa”, hän sanoo. ”Kerran kahvilassa ollessani käsi vain puristi kunnes muki poksahti rikki.”

Kuikenin mukaan tuntoaistin saaminen saattaa hyvinkin olla mahdollista, ja siitäkin on kiittäminen aavetta. RIC on yhteistyössä Johns Hopkins -yliopiston soveltavan fysiikan laboratorion bioinsinöörien kanssa kehitellyt Kittsille ja muille potilaille uutta prototyyppiä, jossa on sekä lisää joustoa – moottoreita ja niveliä – että painetunnistintassut sormenpäissä. Tassut ovat yhteydessä pieniin, mäntämäisiin tankoihin, jotka tönivät Kittsin kädentynkää. Mitä kovempi paine, sitä vahvempi tunto aavesormissa.

”Pystyn tuntemaan, kuinka kovaa tartun”, hän sanoo. Hän pystyy myös erottamaan sen, hankaako hän jotain karheaa – kuten santapaperia – vaiko tasaista – kuten lasia – tankojen värinänopeuden perusteella. ”Minusta se on hieno juttu”, hän sanoo. ”Haluaisin saada sen jo nyt mukaan kotiini, mutta se on paljon monimutkaisempi kuin kotikäteni, joten se ei ole vielä täysin luotettava.”

Eric Schremp taas ei tarvitse keinotekoisia käsiä, mutta hän haluaisi luonnollisten käsiensä toimivan. Sitä ei ole tapahtunut sen koommin kun hän mursi niskansa vuonna 1992 ja halvaantui. Nyt 40-vuotias ohiolaismies voi kuitenkin tarttua veitseen tai haarukkaan. Hän pystyy siihen biolääketiedeinsinööri Hunter Peckhamin kehittämän implantin avulla. ”Tavoitteemme on palauttaa käden tarttumakyky”, Peckham sanoo. ”Käden käyttö on avain itsenäisyyteen.”

Elektrodit yhdistävät rinta- ja sormilihakset toisiinsa

Schrempin sormilihakset ja niitä ohjaavat hermot ovat yhä olemassa, mutta signaalien kulku aivoista katkeaa niskan tienoille. Peckhamin ryhmä ujutti kahdeksan erittäin ohutta elektrodia Schrempin rinnasta oikean käsivarren ihon ali aina sormilihaksiin saakka. Kun lihas hänen rinnassaan värähtää, se laukaisee signaalin, joka välittyy radiolähettimellä pyörätuolista riippuvaan pienoistietokoneeseen. Tietokone tulkitsee signaalin ja välittää sen radion kautta rintaan istutettuun vastaanottimeen, mistä signaali lähetetään johtoja pitkin Schrempin käteen. Siellä signaali käskee sormilihasten sulkeutua. Kaikki tapahtuu mikrosekunnissa. ”Pystyn tarttumaan haarukkaan ja syömään itse”, Schremp sanoo. ”Se on tärkeä juttu.”

Tällä vielä kokeellisella tekniikalla on hoidettu noin 250 ihmistä, mutta toinen bioninen väline on osoittanut mielen ja koneen naittamisen olevan sekä tehokasta että kestävää. Sellainen on kolmen viime vuosikymmenen aikana asennettu lähes 200 000 ihmiseen eri puolilla maailmaa. Kyseessä on sisäkorvaistute, jollaisen Aiden Kennykin on juuri saanut. Hänen äitinsä Tammy Kenny muistaa, kuinka hänelle noin vuosi sitten selvisi, että hänen vauvansa oli kuulokojeiden tarjoaman avun ulkopuolella.

”Pitelin häntä vain sylissäni ja itkin, kun tiesin ettei hän voinut kuulla minua”, hän sanoo. ”Miten hän oppisi ikinä tuntemaan minua? Kerran mieheni paukutti kattiloita yhteen toivoen reaktiota.” Aiden ei kuitenkaan kuullut meteliä.

Nyt hän jo kuulee kattiloiden paukkeen. Helmikuussa 2009 Johns Hopkins -sairaalan kirurgit istuttivat 22 elektrodia hänen kumpaankin simpukkaansa, siihen sisäkorvan osaan, joka normaalisti havaitsee äänen värähtelyt. Mikrofoni poimii äänet ja lähettää signaaleja elektrodeille, jotka välittävät ne suoraan kuulohermoihin.

”Kun istute kytkettiin päälle kuukausi leikkauksen jälkeen, huomasimme hänen reagoivan ääneen”, Tammy Kenny sanoo. ”Hän kääntyi ääntäni kohti. Se oli ihmeellistä.” Nykyisin Aiden oppii äitinsä mukaan kieltä tiiviissä terapiassa ja ottaa hyvää vauhtia kiinni ikätovereitaan.

Ehkä sinua kiinnostaa...

Ehkä tämä kiinnostaa sinua ...