Миоэлектрикалық қолдар қалай адамдардың өмірін өзгертуде

Миоэлектрикалық қолдардың жұмыс істеу принципі: ЭМГ сигналдары мен бұлшық еттерді басқару

Протестерді басқару үшін миоэлектрикалық сигналдардың (ЭМГ) артқы жағындағы ғылым

Заманауи миоэлектрикалық протездер жиырылған кезде бұлшық еттеріміз шығаратын өте әлсіз электрлік сигналдарды қағидасы негізінде жұмыс істейді. Бұл сигналдар аяқ-қолдың ампутацияланғаннан кейін сақталып қалған бөлігіне орнатылған беттік электродтар арқылы ұсталады. Электродтар иықтың да, жазғыштың да бұлшық еттерінен келетін 0,1-ден 5 милливольтқа дейінгі өте кішкентай импульстарды ұстап ала алады. Содан кейін осы сигналдар қажетті қол қимылдарына айналдыру үшін қолданылатын қуатты машиналық үйрену технологиялары арқылы өңделеді – осысы шынымен тамаша бөлігі. Өткен жылы Nature журналында жарияланған соңғы зерттеулер таң қалдыратындай нәтиже көрсетті: бұл бұлшық ет сигналдары негізінде әртүрлі сығып ұстау түрлерін болжауда жуық шамамен 95% дәлдікке жеткен. Бұл тек теориялық ғана емес. Қазір адамдардың әрбір саусағын жеке-жеке басқара алатын жаңа протез модельдерінде осы технологиялар нақты қолданыла бастады, бұл пайдаланушылар үшін күнделікті міндеттерді орындауды әлдеқайда оңайлатады.

Миоэлектрикалық протезде қимылдың пайда болуы үшін бұлшықеттердің жиырылуы қалай әсер етеді

Адамдар белгілі бір бұлшықеттерді жиырту арқылы қимылды басқарады. Мысалы, екі басты бұлшықетті шамамен 20% жиыртқан кезде қол жұмыс істейді, ал үш басты бұлшықетті шамамен 15% жиыртқан кезде ол ашылады. Күрделірек жүйелер 14-тен астам әртүрлі бұлшықет сигналын тіпті анықтай алады, яғни пайдаланушылар білеуді бұру немесе ұстау күшін өзгерту сияқты күрделі тапсырмаларды орындай алады. Нейроинженерия мен реабилитация саласында жарияланған кейбір зерттеулерге сәйкес, қазіргі өңдеу технологиясы шамамен 50 миллисекунд ішінде реакция береді. Бұл 2019 жылмен салыстырғанда шамамен үш есе тезірек, бұл осы саладағы маңызды дамуды көрсетеді.

Миоэлектрикалық аяқ-қолдарды дәстүрлі протезбен салыстыру

Миоэлектрикалық нұсқалар пайдаланушы шаршаманы кабельді модельдермен салыстырғанда 28,6% азайтады (Ponemon 2023), бірақ оларды аптасына бір рет зарядтау қажет.

Миоэлектрикалық протездердегі үздіксіз жақсартулар сенімділікті арттырады

Жаңа ылғалға төзімді электродтар күшті дене қозғалысы кезінде де сигнал дәлдігін 98% құрайды – бұл ылғалды жағдайларда ескі модельдердің 72% істен шығу көрсеткішіне қарағанда маңызды жақсарту. Модульді конструкциялар енді пайдаланушыларға жүйені толығымен қайта баптаусыз саусақтарды немесе сенсорларды ауыстыруға мүмкіндік береді және ұстау шығындарын жылына 740 долларға қысқартады (NIH 2024).

ЖИ және Машиналық үйрену: Миоэлектрикалық қолдар үшін ақылды, бейімделуші басқару

Қазіргі миоэлектрикалық қолдар енді біріктіреді Жасанды интеллектке негізделген үлгілерді тану беткі электромиографиялық (sEMG) сигналдармен біріктіру арқылы бірінші ұрпақ модельдеріне қарағанда 40% жылдамырақ реакция уақытын қамтамасыз ету осы интеграция протездерді алдын ала бағдарламаланған қимылдарға сүйенуге емес, жеке пайдаланушылардың бұлшық ет белсенділік үлгілеріне бейімделуге мүмкіндік береді.

Прогрессивті протездеу мен ЖИ қалай ұтымды қол қимылдарын іске асырады

Машиналық оқыту алгоритмдері ЭМГ сигналдарындағы өзгерістерді декодтау арқылы жұмыртқа ұстау сияқты сезімтал тапсырмалар мен сатып алынған тауарларды көтеру сияқты күштік тапсырмалар арасында дәлме-дәл ұстау қозғалыстарын орындауға мүмкіндік береді. Стэнфордтың Нейропротездеу зертханасының ғалымдары үздіксіз ЭМГ бақылау арқылы 12 әртүрлі қол қимылдарын 96% дәлдікпен анықтайтын жүйелерді көрсетті.

Уақыт өте келе жақсарып отыратын бейімделуші оқыту алгоритмдері

Осындай протездер күнделікті пайдалану барысында қозғалыс болжамдарын жетілдіретін нейрондық желілерді қолданады. 2023 жылғы клиникалық сынақтар пайдаланушылардың 72% жақсару алгоритмдар олардың еттің шаршауының және температура мен ылғалдылық сияқты орташа айнымалылардың өзіндік үлгілерін меңгерген сайын алты ай бойы сұйықтықта.

Пайдаланушының мақсатын болжаудағы машиналық оқытудың рөлі

Қазіргі заманғы жүйелер контексті сезетін өңдеу арқылы әрекеттерді алдын ала болжайды – су ыдысына қарай иіннің төмен қарай қозғалуын сезгеннен кейін автоматты түрде мықты ұстау режиміне ауысады, ал вертикальды көтерілуін сезгеннен кейін серпіледі. Бұл болжау мүмкіндігі жеке командаларды емес, қозғалыс тізбегін интерпреттеу арқылы когнитивті жүктемені азайтады.

Зертханалық зерттеу: Жасанды интеллектке негізделген миоэлектрикалық қолдардың нақты әлемдегі жұмыс істеуі

12 айлық бақылау барысында 45 пайдаланушы стандартталған шеберлік тестерін орындады. Тапсырмаларды (көйлектің түймелерін түймелеу, шомайын пайдалану) күрделі тапсырмаларды орындау үшін дәстүрлі миоэлектрикалық қолдармен салыстырғанда 2,3 есе тезірек ұзақ уақыт пайдалану сияқты әрекеттер кезінде ет шаршауының азайғанын хабарлаған 89% пайдаланушылардан асып түседі.

Сипау сезімін қалпына келтіру: тактильды кері байланыс пен нейрондық интеграция

Тактильді кері байланыс қалай жан-жақты сезімді қалпына келтіреді

Қазіргі заманғы миоэлектрикалық протездер біртіндеп тактильді кері байланыс механизмдерін қабылдап отыр. Бұл механизмдер мыналар арқылы жан-жақты сезімді сезінуіне көмектеседі:

• Күшті модуляциялау (сығу қысымын анықтау)
• Проприоцептивті көрсеткіштер (көру арқылы емес, аяқ-қолдың орнын сезу)
• Жылулық қабылдау (температуралық айырмашылықты сезу)
• Бетінің дәлме-дәл сезімі (бетінің құрылымын анықтау)

Клиникалық зерттеу жарияланған Журнал of NeuroEngineering ампутация жасалған науқастардың функционалдық мүмкіндігін және өмір сапасын жақсартуда тактильді кері байланыстың нысанаға бағытталған әрекеттерді түсінуді жеңілдету арқылы маңызды рөл атқаратынын атап көрсетеді.

Табиғи сезімдерді модельдеу үшін нейралды интеграциялау әдістері

Имплантатталған электродтарды пайдалану арқылы протездік аяқ-қолдарға табиғи сезімдерді модельдеу перспективасын жаңа нейралды интерфейс технологиялары ұсынады. Бұл жүйелер жүйке сигналдарын декодтау арқылы қысым мен мәтін сезімдерін береді. Зерттеулер миға жаңартылған сезімдік сигналдарды түсіну үшін қайта оқыту жүргізгеннен кейін пациенттердің жиі дәлме-дәл нысандарды тани және ажырата алатынын көрсетеді.

Алдыңғы қатарлы протездермен эмоционалды байланысты түбегейлі өзгерту

Қазіргі заманның миоэлектрикалық протездерді пайдаланатын жеке тұлғалар әлеуметтік ортада өзара әрекеттесу қабілетінде және күнделікті міндеттерді орындау дағдыларын қайта қалпына келтіруде айтарлықтай жақсару болғанын атап өтеді. Пайдаланушылар әлеуметтік сенімділікте айтарлықтай айырмашылық барын, әлеуметтік өзара әрекеттестікке одан әрі қатысуын және төменгі өз-өзіне деген сенімсіздік пен өмір сапасының артуын баса көрсетеді. Бір ата-ана өз баласының протездік қолын жасыру қажеті жоқ екенін, бұл оның өзіне деген сенімін қатты арттырғанын айтты.

Сұрақтар мен жауаптар бөлімі

Миоэлектрикалық протез дегеніміз не?

Миоэлектрикалық протездер – қолданушының қалдық бұлшық еттерінің электрлік сигналдарын пайдаланып жұмыс істейтін және қозғалысты жеңілдететін алғы жасанды аяқ-қолдар.

Миоэлектрикалық протездер қалай жұмыс істейді?

Бұл протездер беттік электродтар арқылы анықталатын жартылай кернеу алған бұлшық еттерден шығатын өте кішкентай электрлік сигналдарды пайдаланады. Сигналдар қажетті қол қимылдарын шығару үшін машиналық оқыту алгоритмдері арқылы өңделеді.

ЖИ қалай миоэлектрикалық протездерді жақсартады?

Жасанды интеллект миоэлектрическі қолдардың жауап беру уақытын тездетуі, үлгілерді бейімдеу арқылы тануы және пайдаланушының еттерінің белсендіру үлгілерінен үйрену мүмкіндігі арқылы қол қимылдарын ойлауға икемді және интуитивті етеді.

Миоэлектрикалық қолдарда тактильді кері байланыс деген не?

Миоэлектрикалық қолдардағы тактильді кері байланыс пайдаланушыларға күшті реттеу, проприоцептивті көрсеткіштер, жылу сезгіштік және вибрациялы тактильді кері байланыс сияқты механизмдер арқылы тиіс сезімін береді және табиғи сезімдерді модельдейді.

Миоэлектрикалық протездер дәстүрлі протезбен қалай салыстырылады?

Миоэлектрикалық протездердің басқарылуы ет белсендіру сигналдарына негізделген, ал дәстүрлі дене күшімен жұмыс істейтін протездер кабельді-желекті механизмдерді пайдаланады. Қазіргі заманғы миоэлектрикалық протездер дәстүрлі моделдерге қарағанда көбірек сығу түрлерін, автоматты күшті реттеуді және жалпы алғанда күнделікті баптауға азырақ уақытты қажет етеді.