The Potential of Neural Interface Technologies in Controlling Lower Limb Prosthetics

ويؤثر فقدان الأطراف الأقل تأثيراً كبيراً على تنقل الشخص واستقلاله ونوعية حياته، كما أن الواجهات الاصطناعية التقليدية التي تقوم على فحص الأطراف الاصطناعية، بينما تتحسن بدرجة كبيرة على مدى العقود، لا تزال تعتمد على الحركات الميكانيكية السلبية أو على الواجهات الواجهة الاصطناعية الأساسية التي تؤدي إلى تقلص حركة العضلات من الأطراف المتروكة، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى أنماط غير طبيعية، وارتفاع في الحمل، وطريقة محدودة في التحكم في الوظائف.

Understanding Neural Interface Technologies

وفي صميمها، تكتشف الواجهات العصبية الإشارات الكهربائية التي يولدها الجهاز العصبي - سواء من الدماغ أو الحبل الشوكي أو الأعصاب المحيطة - وتربطها بالأوامر التي يمكن أن تنفذها الأطراف الاصطناعية في الوقت الحقيقي، خلافا للطوابع الاصطناعية التقليدية التي تعتمد على تقلص عضلة متبقية (التركيب)، فإن الوصلات العصبية تخترق الأوامر العصبية الأصلية التي كانت ستت.

وهذا المفهوم ليس جديدا؛ فالعاملات التي تتم في مرحلة مبكرة في مجال مراقبة أجهزة الحاسوب تعود إلى عقود، غير أن ترجمة هذه التكنولوجيا إلى أجهزة اصطناعية أقل تنطوي على مطالب فريدة، وتنطوي حركة الأطراف المنخفضة على إجراءات معقدة ومتزامنة لحمل الوزن، والدفع، والتوازن أكثر من مجرد الازدهار والتوسيع، ويجب أن يؤدي الوصل بينية العصبية لليد ليس فقط إلى تغيير في الزمن، بل أيضا إلى تكييف عوامل مثل عوامل الاتصال الأرضية.

وقد عجل التقدم المحرز في مجالات الإلكترونيات المصغرة، ونقل البيانات اللاسلكية، والمواد القابلة للتداول والمتوافقة أحيائياً، وتدل الدراسات الأخيرة على أن الأفراد الذين لديهم بترات أقل من الأطراف يمكنهم الآن أن يسيروا مع ساق متطورة تسيطر عليها تماماً الإشارات العصبية، وأنهم يحققون قفزة تُعدّل سيراً طبيعياً، كما أن منظمات مثل إدارة حالات النجاح في الجامعات.

أنواع الجروح العصبية لمراقبة الليمب السفلى

ويمكن تصنيف الوصلات العصبية بشكل واسع على أساس غشائها ونقطة احتياز الإشارة العصبية، ويعرض كل نوع من هذه الأنواع مبادلات بين اخلاص الإشارات، والمخاطر الجراحية، والموثوقية الطويلة الأجل.

Invasive Neural Interfaces

Invasive interfaces involve surgically implanting electrodes directly into the brain (intracortical arrays) or into specific symptoms orعضلات of the residual limb. The most advanced example for lower limb prosthetics is the use peripheral interfaces

التداخل الظواهر العصبية غير الغازية

ومن ثم، فإن الوصلات البينية غير الغازية تعتمد على أجهزة الاستشعار الخارجية التي توضع على الصوم أو الجلد لكشف النشاط العصبي، وأكثر التكنولوجيات شيوعا هي الكهرباء، التي تُسجل إمكانات كهربائية من الدماغ عبر الجمجمة، والتي يمكن أن تُحدث في حالات أقل من الاصطدام، أن تُكتشف النظم القائمة على أساس التقلبات المتحركة، أو التشويشات الحسية.

A promising hybrid approach combines non-invasive EEG with electromyography (EMG)] sensors from the residual limb. This multimodal interface can improve accuracy by fusing brain signals with remaining gang activity. Researchers at the University of Michiganb

Peripheral Nerve Interfaces (Epidural, Cuff, and Intrafascicular)

- بين عمليات السطو على الدماغ الغاشم والارتفاع في الدماغ، والتفاعلات بين الأعصاب بين الاضطرابات، وهي تنطوي على وضع الإلكتروديسات حول (الكهرباء الكهرومغناطيسية) [الشكل الإصطناعي:2]

التطبيقات الحالية والبحوث المتعلقة بعلامات اللامع

وخلال السنوات الخمس الماضية، أظهرت عدة دراسات تاريخية جدوى وجود أطراف ذات طابع رئوي أدنى خاضعة للمراقبة العصبية، وفي عام 2021، كان الباحثون في Meb ، وكان المستعملون الرئيسيون في بريغام ومستشفى النساء قد أبلغوا عن أول رقابة مباشرة مباشرة على القانون الاصطناعي باستخدام واجهة عصبية غير قابلة للتأثر.

وهناك دراسة رائدة أخرى من معهد إعادة التأهيل في شيكاغو (وهي الآن شركة شيرلي ريان عباتل) ، استخدمت غطاء غير متوافر من طراز EEG مقترناً بجهاز كهربائي محركي للركبة والزجاج، وتعلم المشاركون أن يزيلوا من طرياتهم الحسية التي تتحكم في المواضيع التدريبية الاصطناعية بعد مرور عدة أسابيع.

التطورات التجارية والعيادية الحالية

FDAside of academic laboratorys, several companies are working to commercialize neural interface prosthetics. Össur has developed the Proprio Foot, which uses on-board sensors and a microprocessor to adapt to terrain, but it does not yet use direct neural control.

التحديات الرئيسية وواجهة البحوث

وعلى الرغم من الإثارة، يجب التغلب على العديد من التحديات الهائلة قبل أن تصبح العوامل الاصطناعية للتفاعل العصبي خيارا سريريا روتينيا.

قابلية الإشارة والثقة الطويلة الأجل

A persistent problem is the degradation of signal quality over time. Implanted electrodes can become encapsulated by glial scarsel, which insulates the metal contacts from the neurons, reducing the amplitude and specificity of recorded signals. This phenomenon, known as the foreign body response, limits the usable lifetime of current neural probes

تعقيدات تناقص الإشارات

(أ) لا يُرسل النظام العصبي البشري أوامر " مُنعزلة " أو " متوقفة " ؛ بل ينتج أنماطاً معقدة من إطلاق النار العصبية التي تُعرّض خططاً للتطوير والسرعة والتكيف مع التضاريس، حيث إن هذه الأنماط تتطلب ملاذات متطورة للتعلم الآلي - مُعتمدة على شبكات عصبية متكررة (RNNs) أو متحولة قادرة على التكييف البيانات غير المُضِية (i).

التواؤم البيولوجي والمخاطر الجراحية

Invasive implants, particularly those placed in the brain, carry risks of infection, hemorrhage, and chronic inflammation. For lower limb applications, placing electrodes in the peripheral symptoms of the thigh or calfs is generally safe than brain, but still involves risks of symptom damage, electrode migration, and infection at the implantation site.

إدماج التغذية الوعائية الحساسة

ويظهر القانون الاصطناعي الذي لا يتلقى إلا قيادة السيارات من الدماغ ولكنه لا يقدم ردود فعل حسية أنه يشبه السير في الظلام، ويتوقف الركود الطبيعي على المعلومات المستمرة من مُستقبِلين في الجلد، وعظام العضلات، والرأس المشترك، وبدون هذه التعليقات، يجب على المستعملين أن يعتمدوا على مدخلات بصرية لتوجيه كل خطوة، وهو أمر مرهق ومعرض للخطأ.

آثار إعادة التأهيل ونوعية الحياة

استعادة الغاز الطبيعي والحد من مخاطر الخفقان

كما أن أكثر الفوائد المباشرة للثدييات التي تتحكم فيها الجروح العصبية هي استعادة مقياس أكثر طبيعية وكفاءة من حيث الطاقة، كما أن الواجهات الاصطناعية التقليدية تجبر مستخدمي الحركات على التعويض عن أطرافها وذرتها التي تؤدي إلى تحميل غير متماثل، والألم الرجعي، وزيادة خطر الإصابة بالمرض المشترك المسبب للنزعة، ومن خلال التمكين من التحكم المباشر في الخيوط، يمكن أن تُعادل من نوعية الدراسات التي يقوم بها المستخدمون.

التعبئة والتدريب المعرفيين

ومن الجوانب غير المقبولة لاستخدام ساق غير طبيعية، ما يُذكر من أن هناك قدراً كبيراً من التركيزات الاجتماعية التي تُستخدم في إطار الدراسة الاستقصائية التي تجرى في إطار مبادرة BLT:0، والتي تُستخدم في إطارها نسبة ضئيلة من الحالات، والتي تُستخدم في إطارها هذه الدراسة الاستقصائية، والتي تُستخدم في إطارها نسبة ضئيلة من الحالات التي تُبلغ عنها، والتي تُستخدم فيها هذه الدراسة الاستقصائية، والتي تُستخدم فيها عوامل غير واضحة.

الاستحقاقات النفسية والاجتماعية

فبعد التنقل، يمكن للتفاعل الاصطناعي العصبي أن يؤثر على صورة الجسم وعلى الهوية الذاتية، إذ يصف العديد من المبتذلين الشعور بالقطع عن أطرافهم الاصطناعية، وهو أداة خارجية لا تشكل جزءا منها، ومن خلال إعادة إنشاء صلة عصبية مباشرة، فإن المزاج الاصطناعي يتحول إلى أكثر تكاملا في هيكل الجسم المستخدم.

المستقبل: نحو التكامل الظواهر العصبية الكاملة

ومن المرجح أن تُشهد السنوات الخمس إلى العشر القادمة أول نظم بديلة ذات طابع صبغي معتمد من جانب هيئة التنمية الحرجية، وتُعدل الباحثون الآن معلومات غير مباشرة عن ذكية ومفتوحة، وتُرسل أيضاً إشارات جديدة إلى بيانات من وحدات القياس غير المباشرة، ومجسات القوة، والآلات التي تُعدل من أجل اتخاذ قرار شامل.

كما أن هناك جهوداً لجعل هذه التكنولوجيات ميسورة التكلفة، فالنظم غير الغازية، وإن كانت أقل قدرة، ستتحسن من خلال تصميمات أفضل للكهرباء الجافة وتجهيز إشارات متقدمة تفرز الضوضاء البيئية، وستمكن منابر التطبيب عن بعد من معايرة وصيانة، مما يقلل الحاجة إلى زيارات عيادة متكررة، وبالنسبة للنظم الغزاة، فإن تطوير نظم خالية من البطاريات تكون غير قابلة للزراعة تماماً يمكن أن تشحنها بأجهزة لاسلكية.

خاتمة

وتمثل تكنولوجيات الوصل العصبي تحولاً في النموذج في الأطراف الصناعية الأقل، ومن خلال إعادة الاتصال العصبي المباشر بين الدماغ والجسد الصناعي، تعد هذه النظم بإيصال أكثر الظواهر طبيعية، وضبطاً عملياً، وضبطاً عملياً، بينما لا تزال التحديات الهندسية والبيولوجية كبيرة قائمة، ولا سيما فيما يتعلق باستقرار الإشارات الطويلة الأجل، والارتفاع الحسي الموثوق به، ودرجة الأمان الجراحي التي تحققت في السنوات الخمس الماضية.