Sıcaklık geri beslemesiyle ilgili beklenmedik bir keşif, ampute kişilerin nesnelerin sıcaklığını (hem sıcak hem de soğuk) doğrudan hayali ellerinde algılamalarını sağlayan yeni bir biyonik teknolojiye yol açtı. Bu teknoloji, non-invaziv protezler için yeni yollar açıyor.
“Elimle uzvuma dokunduğumda, eksik elimde, yani hayali elimde karıncalanma hissediyorum. Ama sıcaklık değişimini hissetmek farklı bir şey, önemli bir şey… güzel bir şey” diyor Francesca Rossi.
Rossi İtalya’nın Bologna kentinde yaşayan bir ampute. Kısa bir süre önce, kalan kolundaki deriye doğrudan sıcaklık geri bildiriminin etkilerini test etmek için bir çalışmaya katıldı. Yeni EPFL teknolojisi sayesinde hayali, kayıp elinin sıcaklık değişimini hisseden 17 hastadan biri. Daha da önemlisi, kayıp eliyle yeniden bağlantı kurduğunu hissettiğini bildiriyor.
“Sıcaklık geri bildirimi güzel bir his çünkü uzvu, hayali uzvu tamamen hissediyorsunuz. Artık hayalet gibi hissetmiyorsunuz çünkü uzvunuz geri geldi,” diye devam ediyor Rossi.
Araştırmacılar Silvestro Micera ve Solaiman Shokur, ampute kişilere daha gerçekçi bir dokunuş sağlamak için protez uzuvlara yeni duyusal geri bildirimler eklemeye hevesliler ve son çalışmaları sıcaklık üzerine odaklanıyor. Sıcaklık geri bildirimi konusunda beklentilerinin çok ötesinde bir keşifle karşılaştılar.
Sağlam bir bireyin ön koluna sıcak veya soğuk bir şey koyarsanız, o kişi nesnenin sıcaklığını yerel olarak, doğrudan ön kolunda hissedecektir. Ancak ampütasyonlarda, kalan koldaki bu sıcaklık hissi hayalet, kayıp elde hissedilebilir.
Rossi gibi ampute kişiler, kalan kollarındaki deriye yerleştirilen termal elektrotlar (diğer adıyla termodlar) aracılığıyla invazif olmayan bir şekilde sıcaklık geri bildirimi sağlayarak hayali uzuvlarında sıcaklık hissettiklerini bildirmektedir. Bir nesnenin sıcak ya da soğuk olduğunu hissedebiliyor ve bakıra mı, plastiğe mi yoksa cama mı dokunduklarını anlayabiliyorlar. EPFL, Sant’Anna İleri Araştırmalar Okulu (SSSA) ve Centro Protesi Inail arasındaki iş birliğinde, teknoloji 27 hastanın 17’sinde başarıyla test edildi. Sonuçlar Science dergisinde yayımlandı.
Çalışmanın eş başkanlığını yürüten EPFL kıdemli bilim insanı nöro-mühendis Shokur, “Fantom termal duyumların hasta tarafından sağlam ellerinin deneyimlediği termal duyumlara benzer olarak algılanması özellikle önemlidir” diyor.
Gerçekçi biyonik dokunuşa doğru
Sıcaklık hissinin fantom uzva yansıtılması, protezleri, ampute kişilerin neye dokunduklarını ayırt etmelerini sağlayan non-invaziv sıcaklık geri bildirimi ile donatan yeni bir biyonik teknolojinin geliştirilmesine yol açtı.
“Sıcaklık geri bildirimi, dokunmanın ötesine geçen bilgilerin aktarılması için gereklidir, sevgi duygularına yol açar. Bizler sosyal varlıklarız ve sıcaklık da bunun önemli bir parçasıdır,” diyor Bertarelli Vakfı Translasyonel Nöromühendislik Kürsüsü Başkanı, EPFL ve SSSA’da profesör olan ve aynı zamanda çalışmanın eş başkanlığını yürüten Micera. “Laboratuvarımda dokunma ve pozisyon bilgisinin başarılı bir şekilde iletilebileceğini gösteren uzun yıllar süren araştırmalardan sonra ilk kez, kişinin doğal elinin sağlayabileceği tüm zengin hisleri geri getirme olasılığını öngörüyoruz.”
Sağlıktan protezlere kadar sıcaklık geri bildirimi
Birkaç yıl önce Micera ve Shokur, yine EPFL’de geliştirilen ve Metaphysiks tarafından geliştirilen, sağlıklı deneklerin derisi aracılığıyla sıcaklık geri bildirimi sağlayabilen bir sistemden haberdar oldu.
Metaphysiks, vücudu dijital dünyalara bağlayan nöro-haptik teknoloji MetaTouch’ı geliştirmektedir. MetaTouch dokunma ve sıcaklık geri bildirimini bir araya getirerek fiziksel ürünleri refah için güçlendiriyor.
Metaphysiks’in Kurucu Ortağı ve Teknoloji Başkanı Simon Gallo, “Bu buluş, tıbbi durumları iyileştirmek ve engelli insanların yaşam kalitesini artırmak için haptiklerin gücünü vurguluyor” diyor.
EPFL nöro-mühendisleri, doğrudan kullanıcının cildine termal geri bildirim sağlayan MetaTouch’ı ödünç aldılar. Bu cihazla, termal fantom hislerini keşfettiler ve daha sonra 27 ampute üzerinde test ettiler.
Minitouch prototipi ve testleri
Çalışma için Shokur ve Micera, termal geri bildirim sağlayan ve protez gibi giyilebilir cihazlara entegrasyon için özel olarak üretilmiş bir cihaz olan MiniTouch’ı geliştirdi. MiniTouch, ampute bir kişinin protez parmağının üzerine yerleştirilebilen ince, giyilebilir bir sensörden oluşuyor. Parmak sensörü, dokunulan nesne hakkındaki termal bilgileri, daha spesifik olarak nesnenin ısı iletkenliğini algılar. Eğer nesne metalik ise, doğal olarak örneğin plastik bir nesneden daha fazla ısı ya da soğuk iletecektir. Ampute kişinin kalan kolundaki deriyle temas halinde olan bir termod ısınır ya da soğur ve parmak sensörü tarafından dokunulan nesnenin sıcaklık profilini aktarır.
“Fantom uzuvda sıcaklık hissini geri kazanma ya da farklı malzemelerle teması hissetme imkanını sunduğumuzda, çok sayıda olumlu geri bildirim aldık. Ve sonunda, iki yıldan kısa bir süre içinde 25’ten fazla gönüllüyü işe almayı başardık” diyor Centro Protesi Inail’deki denemelerin klinik yönünü organize etmekten sorumlu Federico Morosato.
Bilim insanları, artık koldaki küçük deri alanlarının, başparmak veya işaret parmağının ucu gibi hayali elin belirli kısımlarına yansıdığını buldular. Beklendiği gibi, artık kol ile yansıtılan hayali kolun tamamı arasındaki sıcaklık hissinin eşleştirilmesinin her hastaya özgü olduğunu keşfettiler.
İnsan vücudunu onarmak için biyonik protezler
Yaklaşık on yıl önce, Micera ve meslektaşları kavranan nesneler hakkında gerçek zamanlı duyusal geri bildirim sağladılar. Bir nesnenin dokusu ve konum bilgisi hakkında güvenilir bir şekilde geri bildirim sağlayarak dokunma çözünürlüğünü geliştirmeye devam ettiler. Dahası, doğrudan sağlam sinir sistemlerine duyusal geri bildirim sağlandığında ampute kişilerin protez ellerini somutlaştırmaya başladıklarını keşfettiler. Eklenen sıcaklık geri bildirimi hissi, insan vücudunu onarmak için biyonik protezler oluşturmaya yönelik bir başka adımdır. Sıcaklık hissinin ince ayarının yapılması ve bunların her hastaya uyarlanabilecek giyilebilir bir cihaza entegre edilmesi sonraki adımların bir parçası.
Kaynak: Science Daily
