Sesuatu yang sederhana seperti mengambil secangkir teh memerlukan banyak tindakan dari tubuh Anda. Otot lengan Anda api untuk menggerakkan lengan Anda ke arah cangkir. Otot jari Anda menyala untuk membuka tangan Anda lalu tekuk jari Anda di pegangan. Otot bahu Anda menahan lengan agar tidak muncul dari bahu Anda dan otot inti Anda memastikan Anda tidak memberi tip karena berat ekstra cangkir. Semua otot ini harus ditembak dengan cara yang tepat dan terkoordinasi, namun satu-satunya usaha sadar Anda adalah pikiran: "Saya tahu: teh!"

Inilah sebabnya mengapa memungkinkan anggota tubuh lumpuh bergerak lagi sangat sulit. Sebagian besar otot lumpuh masih bisa bekerja, tapi komunikasi mereka dengan otak telah hilang, jadi mereka tidak menerima instruksi untuk menembak. Kita belum bisa memperbaiki kerusakan pada sumsum tulang belakang sehingga salah satu solusinya adalah dengan memotongnya dan memberikan instruksi kepada otot secara artifisial. Dan berkat perkembangan teknologi untuk membaca dan menafsirkan aktivitas otak, instruksi ini suatu saat bisa langsung datang dari pikiran pasien.

Kita bisa membuat otot lumpuh terbakar dengan menstimulasi mereka dengan elektroda yang ditempatkan di dalam otot atau di sekitar saraf yang memasoknya, teknik yang dikenal sebagai stimulasi listrik fungsional (FES). Serta membantu orang lumpuh bergerak, ia juga digunakan untuk mengembalikan fungsi kandung kemih, menghasilkan batuk efektif dan memberikan rasa sakit. Ini adalah teknologi yang menarik yang bisa membuat perbedaan besar bagi kehidupan orang-orang dengan cedera tulang belakang.

Dimitra Blana dan rekan-rekannya di Keele sedang mengerjakan bagaimana mencocokkan teknologi ini dengan perangkat yang kompleks instruksi yang dibutuhkan untuk mengoperasikan sebuah lengan. Jika Anda ingin mengambil secangkir teh itu, yang ototnya perlu api, kapan dan berapa banyak? Instruksi penembakan itu rumit, dan bukan hanya karena banyaknya otot inti, bahu, lengan dan jari yang terlibat. Saat Anda perlahan minum teh Anda, petunjuk itu berubah, karena berat cangkir itu berubah. Untuk melakukan sesuatu yang berbeda, seperti menggaruk hidung Anda, instruksinya sama sekali berbeda.

Alih-alih hanya mencoba berbagai pola tembak pada otot lumpuh dengan harapan bisa menemukan satu yang berhasil, Anda bisa menggunakannya model komputer dari sistem muskuloskeletal untuk menghitungnya Model ini adalah deskripsi matematis tentang bagaimana otot, tulang dan sendi bekerja dan berinteraksi selama gerakan. Dalam simulasi, Anda bisa membuat otot lebih kuat atau lebih lemah, "lumpuh" atau "terstimulasi secara eksternal". Anda dapat menguji pola tembak yang berbeda dengan cepat dan aman, dan Anda dapat membuat model mengambil cangkir teh mereka berulang-ulang - terkadang lebih berhasil daripada yang lain.

Memodelkan otot

Untuk menguji teknologinya, tim di Keele sedang bekerja dengan Pusat FES Cleveland di AS, di mana mereka menanamnya sampai elektroda 24 ke dalam otot dan saraf peserta penelitian. Mereka menggunakan pemodelan untuk menentukan di mana menempatkan elektroda karena ada otot yang lebih lumpuh daripada elektroda dalam sistem FES saat ini.

Jika Anda harus memilih, apakah lebih baik merangsang subscapularis atau supraspinatus? Jika Anda merangsang saraf aksila, apakah Anda harus meletakkan elektroda sebelum atau sesudah cabang ke teres minor? Untuk menjawab pertanyaan sulit ini, Mereka menjalankan simulasi dengan rangkaian elektroda yang berbeda dan pilihlah yang memungkinkan model komputer membuat gerakan yang paling efektif.

{youtube} 1GKfWow6aFA {youtube}

Saat ini, tim sedang bekerja di bahu, yang distabilkan oleh sekelompok otot yang disebut manset rotator. Jika Anda mendapatkan petunjuk penembakan untuk lengan yang salah, itu bisa mencapai sendok sup bukan pisau mentega. Jika Anda mendapatkan petunjuk manset rotator salah, lengan itu mungkin keluar dari bahu. Ini bukan tampilan yang bagus untuk model komputer, tapi mereka tidak mengeluh. Peserta penelitian kurang pemaaf.

Mengetahui bagaimana mengaktifkan otot lumpuh untuk menghasilkan gerakan yang berguna seperti menggenggam hanya setengah dari masalah. Kita juga perlu tahu kapan harus mengaktifkan otot, misalnya saat pengguna ingin mengambil objek. Salah satu kemungkinan adalah membaca informasi ini langsung dari otak. Baru saja, peneliti di AS menggunakan implan untuk mendengarkan sel-sel individu di otak individu yang lumpuh. Karena gerakan yang berbeda terkait dengan pola aktivitas otak yang berbeda, peserta dapat memilih salah satu dari enam gerakan yang diprogram sebelumnya yang kemudian dihasilkan oleh stimulasi otot tangan.

Membaca otak

Ini adalah langkah maju yang menarik untuk bidang prosthetics neural, namun masih banyak tantangan. Idealnya, implan otak perlu bertahan selama beberapa dekade - saat ini sulit untuk merekam sinyal yang sama bahkan selama beberapa minggu sehingga sistem ini perlu dikalibrasi ulang secara teratur. Menggunakan desain implan baru or sinyal otak berbeda dapat memperbaiki stabilitas jangka panjang.

Selain itu, implan hanya mendengarkan sebagian kecil dari jutaan sel yang mengendalikan anggota tubuh kita, sehingga rentang gerakan yang dapat dibacakan terbatas. Namun, kontrol otak anggota badan robotik dengan beberapa derajat kebebasan (gerakan, rotasi dan penggenggam) telah dicapai dan kemampuan teknologi ini berkembang dengan cepat.

Akhirnya, gerakan halus dan mudah yang biasanya kita anggap remeh dipandu oleh umpan balik sensoris yang kaya yang memberi tahu kita di mana lengan kita berada di luar angkasa dan saat ujung jari kita menyentuh benda. Namun, sinyal ini juga bisa hilang setelah cedera peneliti sedang bekerja pada implan otak yang suatu hari bisa mengembalikan sensasi sekaligus gerakan.

Beberapa ilmuwan berspekulasi bahwa teknologi membaca otak dapat membantu individu berbadan sehat untuk berkomunikasi secara lebih efisien dengan komputer, telepon genggam dan bahkan langsung ke otak lain. Namun, ini tetap menjadi bidang fiksi ilmiah sedangkan kontrol otak untuk aplikasi medis cepat menjadi kenyataan klinis.

Tentang Penulis

Dimitra Blana, Rekan Penelitian Teknik Biomedis, Keele University

Andrew Jackson, Wellcome Trust Senior Research Fellow, Universitas Newcastle

Artikel ini awalnya diterbitkan pada Percakapan. Membaca Artikel asli.

Buku terkait

at Pasar InnerSelf dan Amazon