VViten Teknologi PROTESER Hjernestyrt [Tankens makt] Iphone-appen Good Times sender samtaler til telefonsvarer når eierens hjerne oppfattes som travel. Japanske forskere har utviklet en rullestol som styres av hjernebølger, og i USA har forskere klart å bevege en persons hånd ved å sende en annens hjernesignaler over internett. Slik fungerer en tankestyrt protese HJERNEAKTIVITET Å miste en arm [Nervene kan omprogrammeres] Nerver Armer og ben kan rives av, de kan knuses, brennes og skjæres av. Men de forsvinner aldri helt i hvert fall ikke for hjernen. Signalmottaker Motor Der ligger fortsatt den ene halvdelen av nervene til det amputerte lemmet, som en avkuttet telefonlinje med den ene enden uvitende om at den andre aldri mer vil svare. Og når hjernen ikke skjønner at tærne eller fingrene er forsvunnet, kan det ha uønskede følger. Rundt fire av fem personer som amputerer, vil i løpet av livet oppleve fantomsmerter i kroppsdeler som ikke lenger er der. Men de avkuttede nervene kan også åpne nye dører. Riktignok vil drømmen (eller, for noen, marerittet) om å spleise menneskets nerver med maskinens kabler forbli fantasi også i overskuelig fremtid. Nervefibre og metalledninger går ikke spesielt godt overens, og faren for infeksjon ville vært stor. Men det finnes en omvei. Det siste tiåret er det gjort fremskritt med en teknikk kalt «målrettet nervegjenoppbygging i muskler». Den kan fungere slik: En kvinne mister armen i en ulykke og må amputere fra skulderen og ned. Under operasjonen finner kirurgen nervene som før strakk seg hele veien gjennom armen, men nå bråstopper i stumpen på skulderen. Kirurgen omdirigerer så disse til ulike områder på overarmsmuskelen. I løpet av noen måneder gror de på plass. Deretter, når kvinnens hjerne sender ut signaler om å bevege hånden og armen, vil disse i stedet bevege ulike deler av overarmen. Bevegelsene forsterkes, tolkes og sendes videre til protesen, som beveger armen slik kvinnens hjerne ba om. Det krever trening, og blir ikke like elegant eller nøyaktig som det en gang var, men resultatet er uansett oppløftende: Nå er det igjen svar å få i den andre enden. Per Magnus Riseng =bc Grafikk: Terje Tønnessen [Gjenværende nerver] Nervene som strakte seg gjennom armen, stopper i skulderstumpen etter amputasjon. [Hjernen gir beskjed] =be Når hjernen sender ut signaler om å bevege hånden og armen, vil dette føre til ulike bevegelser i overarmsmuskelen. Protese =bd [Omdirigering av nerver] Nervene blir omdirigert og festet til muskelfibre i overarmsmuskelen. I løpet av noen måneder gror de på plass =bf [Tankestyrt bevegelse] Bevegelsene forsterkes og sendes videre til protesen, som beveger den kunstige armen slik mannens hjerne ba om. 31. januar 2014 a-magasinet 37
VViten Reportasje Proteser Nytteverdi Tenk en bevegelse Vi kan styre kunstige armer både via nervene og rett fra hjernen. Men er det noen vits i det? TEKST Per Magnus Riseng FOTO Mari Vold 38 a-magasinet 31. januar 2014
Den 11. juli 1964 fløy en gruppe nysgjerrige canadiere til Europa, for å undersøke en sovjetisk sensasjon. Reisen var sponset av Rehabiliteringsinstituttet i Montreal, ett av mange steder hvor man jobbet med å hjelpe mennesker som manglet et lem eller flere. Særlig armer og hender bød på utfordringer. En hånd inneholder, med noen variasjoner, 29 knokler og like mange ledd, bruker ni muskler bare til å styre tommelen, og er det mest avanserte verktøyet de fleste av oss noensinne vil eie. Å erstatte den er mildt sagt ikke gjort i en håndvending. Men nå hadde kommunistene noe på gang. Vel fremme fikk canadierne se vidunderet som hadde vakt slik oppsikt i pressen. Den var hudfarget, armformet, og skilte seg på overflaten ikke mye fra andre proteser. Den russiske revolusjonen lå nemlig ikke i hva armprotesen kunne gjøre, men hvordan. Under overflaten av plast og gummi lå en motor i hånden, tilkoblet to elektroder på brukerens gjenværende armmuskler, som, når de oppfattet bevegelse, ga beskjed tilbake til motoren om å åpne eller lukke hånden. Før hadde protesebrukere vært nødt til å bruke klønete og slitsomme bevegelser for å kunne gjøre dette. Nå trengte de kun å lee en muskel. Vel hjemme konkluderte delegasjonen med at «den russiske utviklingen av et bioelektrisk kunstig lem representerer et betydelig bidrag til protese-feltet». I rapporten spådde de også, mer presist enn de kunne ane, at elektronikk Sjokolade, takk!. Jan Scheuermann har fått operert to små elektroder halvannen millimeter ned i hjernen. Via dem kan hun få robotarmen til å rekke henne en sjokolade.. 31. januar 2014 a-magasinet 39
V Viten Proteser Vi som har studert kybernetikk, er gode på styring. Og styringen har vist seg å være en stor utfordring innen håndproteser, derfor har vi prøvd å gjøre noe med det Anders Fougner ville spille en stor rolle i fremtidens proteser. 50 år senere sitter fremtidens protese festet på armen til Anders Fougner, i en lab på NTNU i Trondheim. Han leverte i fjor en doktorgrad i kybernetikk, der han har konsentrert arbeidet om det samme prinsippet muskel, sensor, motor som har dominert elektroniske proteser siden russernes lansering. Nå er det ikke revolusjon, men evolusjon det handler om. Siden 1964 er protesene blitt lettere og finere, med mer avansert teknologi. Men fortsatt har de sine begrensninger. Vi som har studert kybernetikk, er gode på styring. Og styringen er det som har vist seg å være en stor utfordring innen håndproteser, derfor har vi prøvd å gjøre noe med det, sier han. Det ene målet har vært å styre to bevegelser på én gang, som å lukke hånden samtidig som man beveger håndleddet. Slike koordinerte bevegelser er svært nyttige i dagliglivet, for eksempel når man skal spise eller drikke. I HVERDAGEN. Fougners andre mål er vanskeligere enn det høres ut som: Protesene skal fungere i hverdagen. De kan i dag bøye håndleddet, rotere hånden og knipe tommel og pekefinger sammen. Men styringssystemene har tradisjonelt ikke vært gode nok til å bruke disse funksjonene på en pålitelig måte. Siden åttitallet har man prøvd å styre protesene ved å bruke såkalt mønstergjenkjenning, en teknikk der elektrodene på huden kan tolke flere ulike kombinasjoner av muskelbevegelser, og som på den måten åpner for flere bevegelser med den kunstige hånden. Dette har fungert fint i laboratorier, men dårlig i dagliglivet. Fougner har testet proteser med skrutrekkere, håndtak og nøkler, han har holdt baller, åpnet glidelåser og helt vann mellom kartonger. For å gjøre det lettere å bruke protesen i ulike armstillinger har han satt inn et akselerometer, slik at den kan registrere hva som er opp og ned. TIL CANADA. På jakt etter samarbeid og inspirasjon har Fougner reist til Canada og møtt forskere der. Her hjemme besto forskningsmiljøet på proteser stort sett av ham og veilederen under doktorgraden, førsteamanuensis Øyvind Stavdahl. Helt til Fougner nylig byttet fagfelt og startet med et prosjekt for styring av glukosenivå hos diabetikere. Han tror mønstergjenkjenning vil bli det neste fremskrittet for protesebrukerne. Det er nok mange protesebrukere som har prøvd nye produkter og er blitt misfornøyde, men jeg tror utviklingen nå har kommet langt nok til at det blir brukt. NERVEDIRIGERING. Det finnes dem som ikke nøyer seg med evolusjon, som sikter høyt, tar sjanser og stjeler overskrifter. Den amerikanske forskeren Todd Kuiken er en slik. For litt over ti år siden fikk han for første gang prøvd ut en idé som lenge hadde surret i hodet hans: Under en komplisert operasjon omdirigerte kirurgene nervene på en armløs pasient fra den ene stumpen på skulderen til muskler på brystkassen. Når mannen nå sendte ordre til nervene som før hadde styrt hånden, utførte de i stedet små bevegelser i brystet. Elektroder koblet til brystet plukket opp disse, og sendte dem videre til en avansert protese som beveget hånden slik mannens hjerne ga instrukser om. Teknikken ble kalt «målrettet nervegjenoppbygging i muskler». Det var den typen fremskritt som i 1964 kunne fått en delegasjon nysgjerrige canadiere til å kaste seg på flyet, men som i dag ligger veldokumentert på internett før du har rukket å finne passet ditt. Mest kjent ble Christian Kandlbauer. Den 21 år gamle østerrikeren hadde mistet begge armene da han som tenåring fikk 20 000 volt gjennom kroppen. Som første pasient i Europa fikk han prøve Kuikens metode, og våren 2010 gliste han fornøyd fra nettaviser verden over, mens han satt bak rattet i en bil, takket være én ordinær armprotese og én han styrte ved hjelp av tankekraft. Han døde noen måneder senere, etter å ha kjørt av veien og inn i et tre. HJERNEKRAFT. Proteser kan altså styres via muskelbevegelser, og de kan få sine ordre fra omdirigerte nerver. Men hva om man kuttet omveiene og koblet seg rett til kilden til hjernen? Møt Jan Scheuermann. Etter at en sjelden sykdom hadde gjort henne lam fra halsen og ned, meldte hun seg i 2011 som prøvekanin i en studie ved et amerikansk universitet. Forskerne så først på MR-bilder av hjernen hennes for å finne områdene hun brukte til å styre høyrearmen. Så la de henne i narkose, åpnet skallen, og plasserte to små elektroder halvannen millimeter ned i hjernen hennes. Disse plukket opp signalene fra Scheuermanns nerveceller. En datamaskin analyserte så hvilke mønstre som dukket opp når hun så for seg ulike bevegelser, enten hun senket armen eller 40 a-magasinet 31. januar 2014
Protese i hverdagen. Anders Fougner synes det ble forsket nok på høyteknologiske proteser, og valgte i stedet å fokusere på å gjøre teknologien bedre i hverdagen. Som når man skal helle i et glass med juice. dreide på håndleddet. Deretter ble den lamme tobarnsmoren koblet til en fleksibel robotarm. Etter noen måneders trening kunne hun bøye, vri og rotere på armen, hun kunne stable om kjegler eller ta seg en bit av en sjokolade kun ved å tenke på det. Dette er mitt livs kjøretur, sa Scheuermann. Forskerne sa de håpet lignende systemer snart kunne installeres hjemme hos brukerne. HVA BETYR DETTE? Når vi snart punktet der en amputert arm ikke hemmer oss mer enn litt kink i ryggen? Ved Sophies Minde Ortopedi i Oslo, der man i over hundre år har hjulpet mennesker med funksjonshemninger, sitter Rune Nilsen med et litt annet perspektiv. Han er ortopediingeniør, og leder en avdeling som står for en tredjedel av de norske armprotesene som produseres hvert år. Proteser til ben er rundt ti ganger vanligere enn til armer, anslår han, mye takket være skader som følge av røyking og diabetes. Hvert år lages det ikke mer enn 600 armproteser i Norge. På spørsmål om hva slags proteser de kan skaffe, svarer Nilsen enkelt og greit: Alt som er tilgjengelig på markedet. Selv den avanserte Michelangelo-protesen, dyr som en bil, med individuell styring av fingrene. Og likevel, sier Nilsen: Det er to pasienter her som har en sånn hånd, og den ene av dem bruker den ikke. Den andre heter Anders Berge, er 32 år gammel og har brukt protese siden han som seksåring løp inn i en glassdør. Han er fascinert av utviklingen. Det er litt skummelt. Jeg synes det høres rart ut å ha noe festet rett til kroppen. Men jeg er åpen for det meste. Det er spennende at det går fremover. Berge synes det grunnleggende er viktig, som at protesen sitter bra på stumpen. Han forstår at flere protesebrukere foretrekker det enkle og pålitelige. Det samme gjør ortopediingeniør Nilsen. De vil ikke la det bli det viktigste i livet deres, og de klarer seg fint med enklere hjelpemidler som er mer holdbare og pene å se på, sier Nilsen. Det vanligste håndprotese-valget? En kosmetisk hånd, uten muskel- eller hjernestyring, hvis eneste funksjon er like enkel som den alltid har vært: Den ser ut som en ekte hånd. = a-magasinet@aftenposten.no Revolusjon på hjul. Den armløse østerrikeren Christian Kandlbauer vakte stor oppmerksomhet i 2010, da han kunne sette seg bak rattet med en protese styrt via omdirigerte nerver. kilder: national geographic, the lancet, how stuff works, the guardian, university of pittsburgh 31. januar 2014 a-magasinet 41