ব্রেকথ্রু কৃত্রিম অঙ্গ স্নায়ু নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে প্রাকৃতিক গতিপথকে সক্ষম করে

অত্যাধুনিক কৃত্রিম প্রস্থেটিক্স অঙ্গপ্রত্যঙ্গের স্বাভাবিক হাঁটাচলা করতে সাহায্য করতে পারে, কিন্তু তারা ব্যবহারকারীদের তাদের অঙ্গ-প্রত্যঙ্গের সম্পূর্ণ স্নায়ু নিয়ন্ত্রণ দেয় না। পরিবর্তে, তারা পূর্বনির্ধারিত গেইট অ্যালগরিদম ব্যবহার করে অঙ্গগুলি সরানোর জন্য রোবোটিক সেন্সর এবং কন্ট্রোলারের উপর নির্ভর করে।

একটি অভিনব অস্ত্রোপচার এবং নিউরোপ্রোস্টেটিক ইন্টারফেস ব্যবহার করে, এমআইটি গবেষকরা, ব্রিগহাম এবং মহিলা হাসপাতালের সহকর্মীদের সাথে কাজ করে, দেখিয়েছেন যে শরীরের নিজস্ব স্নায়ুতন্ত্রের দ্বারা সম্পূর্ণরূপে চালিত একটি কৃত্রিম অঙ্গ ব্যবহার করে একটি প্রাকৃতিক হাঁটাচলা করা সম্ভব। অস্ত্রোপচার বিচ্ছেদ অবশিষ্ট অঙ্গের পেশীগুলিকে পুনরায় সংযুক্ত করে, রোগীকে মহাকাশে তাদের কৃত্রিম অঙ্গের অবস্থান সম্পর্কে “প্রোপ্রিওসেপ্টিভ” প্রতিক্রিয়া পেতে দেয়।

এমআইটি গবেষণা দলটি সাতজন রোগীর অধ্যয়ন করেছে যারা এই পদ্ধতির মধ্য দিয়ে গেছে এবং দেখেছে যে রোগীরা দ্রুত হাঁটতেন এবং বাধা এড়াতে এবং ঐতিহ্যগত অঙ্গবিচ্ছেদ রোগীদের তুলনায় স্বাভাবিকভাবে সিঁড়ি বেয়ে উঠতে সক্ষম হন।

এটি ইতিহাসে প্রথম কৃত্রিম গবেষণা যা একটি সম্পূর্ণ নিউরোরেগুলেটেড লেগ কৃত্রিমতা প্রদর্শন করে যেখানে একটি বায়োনিক গেইট ঘটে। কেউই মস্তিষ্কের নিয়ন্ত্রণের এই ডিগ্রি প্রদর্শন করতে সক্ষম হয়নি, একটি প্রাকৃতিক চালচলন তৈরি করে যেখানে মানুষের স্নায়ুতন্ত্র একটি রোবট নিয়ন্ত্রণ অ্যালগরিদমের পরিবর্তে আন্দোলনকে নিয়ন্ত্রণ করে।

Hugh Herr, MIT-এর মিডিয়া আর্টস অ্যান্ড সায়েন্সের অধ্যাপক, জেরি ইয়াং সেন্টার ফর বায়োনিকসের সহ-পরিচালক, MIT-এর ম্যাকগভর্ন ইনস্টিটিউট ফর ব্রেন রিসার্চের সহযোগী গবেষক এবং নতুন গবেষণার সিনিয়র লেখক

রোগীরা প্রক্রিয়াটি করার পরে কম ব্যথা অনুভব করে এবং কম পেশী নষ্ট করে, যাকে অ্যাগোনিস্ট-অ্যান্টাগোনিস্ট নিউরোইনটারফেস (AMI) বলা হয়। এখন পর্যন্ত, সারা বিশ্বে প্রায় 60 জন রোগী এই পদ্ধতির মধ্য দিয়ে গেছেন, যা হাতের বিচ্ছেদ রোগীদের জন্যও উপলব্ধ।

Hyungeun Tune, MIT মিডিয়া ল্যাবের একটি পোস্টডক, কাগজটির প্রধান লেখক, যা প্রকাশিত হবে প্রাকৃতিক ঔষধ.

সংবেদনশীল প্রতিক্রিয়া

বেশিরভাগ অঙ্গ-প্রত্যঙ্গের নড়াচড়া জোড়া পেশী দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয় যেগুলি প্রসারিত এবং সংকোচন করে। একটি প্রচলিত হাঁটুর নিচের অঙ্গচ্ছেদের সময়, এই জোড়াযুক্ত পেশীগুলির মিথস্ক্রিয়া ব্যাহত হয়। এটি স্নায়ুতন্ত্রের পক্ষে একটি পেশীর অবস্থান এবং সংকোচনের গতি বোঝা কঠিন করে তোলে – সংবেদনশীল তথ্য যা একটি অঙ্গকে কীভাবে সরানো যায় তা সিদ্ধান্ত নেওয়ার জন্য মস্তিষ্কের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

এই ধরনের অঙ্গচ্ছেদ করা ব্যক্তিদের কৃত্রিম অঙ্গ নিয়ন্ত্রণ করতে অসুবিধা হতে পারে কারণ তারা মহাকাশে অঙ্গটির অবস্থান সঠিকভাবে বুঝতে পারে না। পরিবর্তে, তারা কৃত্রিম অঙ্গে নির্মিত রোবোটিক কন্ট্রোলারের উপর নির্ভর করে। এই প্রস্থেটিক্সগুলিতে সেন্সরও রয়েছে যা ঢাল এবং বাধাগুলি সনাক্ত করতে এবং সামঞ্জস্য করতে পারে।

মানুষকে সম্পূর্ণ স্নায়বিক নিয়ন্ত্রণে প্রাকৃতিক গতি অর্জনে সহায়তা করার জন্য, হুল এবং তার সহকর্মীরা বেশ কয়েক বছর আগে এএমআই পদ্ধতির বিকাশ শুরু করেছিলেন। প্রাকৃতিক অ্যাগোনিস্ট-অ্যান্টাগোনিস্ট মিথস্ক্রিয়া বিচ্ছিন্ন করার পরিবর্তে, তারা পেশীগুলির প্রান্তগুলিকে সংযুক্ত করে যাতে তারা এখনও অবশিষ্ট অঙ্গের মধ্যে একে অপরের সাথে গতিশীলভাবে যোগাযোগ করতে পারে। এই অস্ত্রোপচারটি প্রাথমিক অঙ্গচ্ছেদের সময় সঞ্চালিত হতে পারে বা প্রাথমিক অঙ্গচ্ছেদের পরে একটি পুনর্বিবেচনা অস্ত্রোপচারের অংশ হিসাবে পেশীগুলিকে পুনরায় সংযুক্ত করতে।

“এএমআই অঙ্গচ্ছেদ করার মাধ্যমে, আমরা যতটা সম্ভব শারীরবৃত্তীয়ভাবে নেটিভ অ্যাগোনিস্টকে নেটিভ অ্যাগোনিস্টের সাথে সংযুক্ত করার চেষ্টা করি যাতে অঙ্গচ্ছেদের পরে, রোগী সম্পূর্ণ ফ্যান্টম অঙ্গটিকে শারীরবৃত্তীয় স্তরের প্রোপ্রিওসেপশন এবং গতির পরিসরের সাথে সরাতে পারে,” হুল বলেছেন৷

2021 সালের একটি সমীক্ষায়, হুলের ল্যাবে দেখা গেছে যে রোগীরা যারা এই প্রক্রিয়াটি করেছেন তারা আরও সুনির্দিষ্টভাবে কাটা পেশীগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করতে সক্ষম হয়েছিল এবং সেই পেশীগুলি অক্ষত অঙ্গগুলির মতো বৈদ্যুতিক সংকেত তৈরি করেছিল।

এই উত্সাহজনক ফলাফলের পরে, গবেষকরা অন্বেষণ শুরু করেন যে এই বৈদ্যুতিক সংকেতগুলি কৃত্রিম অঙ্গের জন্য কমান্ড তৈরি করতে পারে কিনা যখন ব্যবহারকারীকে মহাকাশে অঙ্গটির অবস্থান সম্পর্কে প্রতিক্রিয়া প্রদান করে। প্রস্থেসিস পরা ব্যক্তি তখন এই প্রোপ্রিওসেপ্টিভ ফিডব্যাক ব্যবহার করে তাদের চালচলনকে ইচ্ছামতো সামঞ্জস্য করতে পারে।

নতুন প্রাকৃতিক ঔষধ এমআইটি গবেষণা দলটি খুঁজে পেয়েছে যে এই সংবেদনশীল প্রতিক্রিয়া একটি মসৃণ, প্রায় স্বাভাবিকভাবে হাঁটতে এবং বাধাগুলি নিয়ে আলোচনা করার ক্ষমতাতে অনুবাদ করে।

“এএমআই নিউরোপ্রোসথেটিক ইন্টারফেসের জন্য ধন্যবাদ, আমরা নিউরাল সংকেতগুলিকে উন্নত করতে এবং যতটা সম্ভব তথ্য ধরে রাখতে সক্ষম হয়েছি। এটি বিভিন্ন হাঁটার গতি, সিঁড়ি বেয়ে ওঠা, পাহাড়ে ওঠার নির্বিশেষে, সম্পূর্ণ গতিপথকে ক্রমাগত এবং সরাসরি নিয়ন্ত্রণ করার জন্য একজন ব্যক্তির স্নায়বিক ক্ষমতা পুনরুদ্ধার করে। , এবং এমনকি বাধা অতিক্রম করে আরোহণ,” গান বলেছেন.

প্রাকৃতিক চলাফেরা

গবেষণায়, গবেষকরা সাতজন রোগীর তুলনা করেছেন যারা এএমআই সার্জারি করেছেন এমন সাত রোগীর সাথে যারা ঐতিহ্যগতভাবে হাঁটুর নিচের বিচ্ছেদ করেছেন। সমস্ত বিষয় একই ধরণের বায়োনিক লিম্ব ব্যবহার করেছে: একটি চালিত গোড়ালি জয়েন্ট এবং ইলেক্ট্রোড সহ একটি প্রস্থেসিস যা টিবিয়ালিস অগ্রবর্তী পেশীর গ্যাস্ট্রোকনেমিয়াস পেশী থেকে ইলেক্ট্রোমায়োগ্রাফিক (ইএমজি) সংকেত অনুভব করে। এই সংকেতগুলি রোবট কন্ট্রোলারে দেওয়া হয়, যা প্রস্থেসিসকে গোড়ালির বাঁক, প্রয়োগ করা টর্ক বা পাওয়ার আউটপুটের মাত্রা গণনা করতে সাহায্য করে।

গবেষকরা বিভিন্ন পরিস্থিতিতে বিষয়গুলি পরীক্ষা করেছেন: সমতল ভূমিতে 10-মিটার পথ জুড়ে হাঁটা, চড়াই-উতরাই, উপরে এবং নীচে সিঁড়ি বেয়ে এবং বাধা এড়াতে সমতল ভূমিতে হাঁটা।

এই সমস্ত কাজগুলিতে, এএমআই নিউরোপ্রোস্টেটিক ইন্টারফেস ব্যবহার করা লোকেরা দ্রুত হাঁটতে সক্ষম হয়েছিল (প্রায় একই গতিতে বিচ্ছেদ ছাড়াই) এবং বাধাগুলিকে আরও সহজে অতিক্রম করতে সক্ষম হয়েছিল। তারা আরও প্রাকৃতিক নড়াচড়াও দেখিয়েছিল, যেমন সিঁড়ি বেয়ে হাঁটার সময় বা বাধা অতিক্রম করার সময় কৃত্রিম পায়ের আঙ্গুলগুলিকে উপরের দিকে নির্দেশ করা, এবং তারা কৃত্রিম পায়ের নড়াচড়া এবং অক্ষত অঙ্গগুলির সাথে আরও ভালভাবে সমন্বয় করতে সক্ষম হয়েছিল। তারা বিচ্ছেদ ছাড়া মানুষের মতো একই শক্তি দিয়ে তাদের দেহকে মাটি থেকে ঠেলে দিতে সক্ষম।

“এএমআই রোগীর জনসংখ্যার মধ্যে, আমরা প্রাকৃতিক বায়োমিমেটিক আচরণ দেখি,” হুল বলেন। “এএমআই ছাড়া রোগীর জনসংখ্যা হাঁটতে সক্ষম, তবে কৃত্রিম নড়াচড়াগুলি অস্বাভাবিক এবং তাদের নড়াচড়া প্রায়শই ধীর হয়।”

যদিও AMI দ্বারা প্রদত্ত সংবেদনশীল প্রতিক্রিয়ার পরিমাণ একটি নন-অ্যাম্পুটি জনসংখ্যা সাধারণত যা গ্রহণ করে তার 20% এরও কম, এই প্রাকৃতিক আচরণগুলি এখনও ঘটে।

“এখানে প্রধান অনুসন্ধানগুলির মধ্যে একটি হল যে অঙ্গচ্ছেদ থেকে নিউরোফিডব্যাকের সামান্য বৃদ্ধির সাথে, উল্লেখযোগ্য বায়োনিক নিউরাল নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা পুনরুদ্ধার করা যেতে পারে, এমনকি এমন বিন্দু পর্যন্ত যেখানে লোকেরা সরাসরি হাঁটার গতি নিয়ন্ত্রণ করতে পারে, বিভিন্ন ভূখণ্ডের সাথে খাপ খাইয়ে নিতে পারে এবং সরাসরি পরিস্থিতি এড়াতে পারে। স্নায়ু,” গান বলল। বাধার মাত্রা।”

“গুরুতর অঙ্গে আঘাতপ্রাপ্ত রোগীদের কার্যকারিতা পুনরুদ্ধারে কী সম্ভব তা প্রদর্শনের ক্ষেত্রে এই গবেষণাটি আরও একটি পদক্ষেপের প্রতিনিধিত্ব করে। এই ধরনের সহযোগী প্রচেষ্টার মাধ্যমেই আমরা রোগীর যত্নে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি করতে সক্ষম হয়েছি,” ব্রিগ্যাম বলেছেন, ম্যাথিউ কার্টি, একজন সার্জন মহিলা হাসপাতাল এবং হার্ভার্ড মেডিকেল স্কুলের একজন সহযোগী অধ্যাপক এবং গবেষণাপত্রের লেখকদের একজন।

মানুষ যারা অঙ্গ-প্রত্যঙ্গ ব্যবহার করে তাদের জন্য স্নায়ু নিয়ন্ত্রণ সক্ষম করা হল ল্যাবের লক্ষ্য “মানব দেহের পুনর্নির্মাণ” এর দিকে একটি পদক্ষেপ যা মানুষকে ক্রমবর্ধমান অত্যাধুনিক রোবোটিক কন্ট্রোলার এবং সেন্সরগুলির উপর নির্ভর করার পরিবর্তে – এমন সরঞ্জামগুলি যা শক্তিশালী হলেও, এটি মনে হয় না ব্যবহারকারীর শরীরের একটি অংশ।

“এই দীর্ঘমেয়াদী পদ্ধতির সমস্যা হল যে ব্যবহারকারী কখনই কৃত্রিম পদার্থের উপস্থিতি অনুভব করেন না। তারা কখনই কৃত্রিমটিকে তাদের শরীরের অংশ, নিজেদের অংশ হিসাবে দেখেন না,” হুল বলেন। “আমরা যে পদ্ধতিটি গ্রহণ করছি তা হল ইলেক্ট্রোমেকানিকাল সিস্টেমের সাথে মানুষের মস্তিষ্ককে সম্পূর্ণরূপে সংযুক্ত করার চেষ্টা করা।”

গবেষণাটি এমআইটি কে. লিসা ইয়াং সেন্টার ফর বায়োনিক্স, ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ নিউরোলজিক্যাল ডিসঅর্ডারস অ্যান্ড স্ট্রোক, নিউরোসার্জিক্যাল রিসার্চ এডুকেশন ফাউন্ডেশন মেডিকেল রিসার্চ ফেলোশিপ এবং ইউনিস কেনেডি শ্রীভার ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ চাইল্ড হেলথ অ্যান্ড হিউম্যান ডেভেলপমেন্টের অর্থায়নে অর্থায়ন করেছে।