도마뱀은 꼬리를 잃은 후 재생될 수 있고, 게는 발을 잃은 후 재생될 수 있지만, 겉보기에 "원시" 동물에 비해 인간은 진화 과정에서 재생 능력을 많이 잃었습니다. 손가락 끝을 잃었을 때 재생될 수 있는 아기를 제외하고 성인의 사지를 재생하는 능력은 거의 전무합니다. 결과적으로 사고나 질병으로 사지를 잃은 사람들의 삶의 질에 큰 영향을 미칠 수 있으며 생물학적 대체물을 찾는 것은 절단된 사람들의 삶을 개선하기 위해 의사들에게 중요한 선택이 되었습니다.
고대 이집트까지 거슬러 올라가면 의족에 대한 기록이 있습니다. Conan Doyle의 "The Sign of the Four"에는 의수를 사용하여 사람을 죽이는 살인범에 대한 묘사도 있습니다.
그러나 이러한 보철물은 간단한 지원을 제공하지만 절단 환자의 삶의 경험을 크게 향상시키지는 못할 것입니다. 좋은 보철물은 양방향으로 신호를 보낼 수 있어야 합니다. 한편으로 환자는 보철물을 자율적으로 제어할 수 있습니다. 반면에 의수는 신경이 있는 자연적인 사지처럼 환자 뇌의 감각 피질에 감각을 보내 촉각을 줄 수 있어야 합니다.
이전 연구에서는 대상(원숭이와 인간)이 마음으로 로봇 팔을 제어할 수 있도록 뇌 코드를 해독하는 데 중점을 두었습니다. 그러나 보철물에 감각을 부여하는 것도 중요합니다. 움켜잡는 것과 같이 겉보기에는 단순해 보이는 과정은 복잡한 피드백을 수반합니다. 우리는 손이 느끼는 방식에 따라 무의식적으로 손가락의 힘을 조정하여 물건이 미끄러지거나 너무 세게 조이지 않습니다. 이전에는 의수를 사용하는 환자가 물체의 강도를 결정하기 위해 눈에 의존해야 했습니다. 우리가 즉석에서 할 수 있는 일을 하려면 많은 관심과 에너지가 필요하지만, 그럼에도 불구하고 종종 일을 망칩니다.
2011년 듀크 대학교는 원숭이에 대한 일련의 실험을 수행했습니다. 그들은 원숭이가 다른 재료의 물체를 잡기 위해 가상 로봇 팔을 조작하기 위해 마음을 사용하도록 했습니다. 가상 팔은 원숭이가 다른 물질을 만났을 때 원숭이의 뇌에 다른 신호를 보냈습니다. 훈련 후 원숭이들은 특정 재료를 정확하게 골라 음식 보상을 받을 수 있었습니다. 이것은 보철물에 촉각을 부여할 가능성에 대한 예비 시연일 뿐만 아니라 원숭이가 보철물의 뇌가 보내는 촉각 신호와 뇌가 보철물로 보내는 운동 제어 신호를 통합하여 완전한 기능을 제공할 수 있음을 시사합니다. 감각에 따라 팔 선택을 제어하기 위해 터치에서 감각까지의 피드백 범위.
실험은 좋았지만 순전히 신경생물학적이었고 실제 의수를 포함하지 않았습니다. 그러기 위해서는 신경생물학과 전기공학을 결합해야 합니다. 올해 1월과 2월 스위스와 미국의 두 대학은 실험 환자에게 감각 보철물을 부착하는 동일한 방법으로 독립적으로 논문을 발표했다.
2월에 스위스 로잔에 있는 Ecole Polytechnique 및 기타 기관의 과학자들은 Science Translational Medicine에 발표된 논문에서 연구 결과를 보고했습니다. 그들은 36세의 주제인 Dennis Aabo S를 주었습니다. Rensen, 로봇 손에 20개의 감각 부위가 있어 다양한 감각을 생성합니다.
전체 과정이 복잡합니다. 먼저, 로마의 기밀리 병원의 의사들은 소렌센의 두 팔 신경인 정중신경과 척골신경에 전극을 이식했습니다. 척골 신경은 새끼 손가락을 제어하고 정중 신경은 검지와 엄지를 제어합니다. 전극이 이식된 후 의사들은 인공적으로 소렌센의 정중신경과 척골 신경을 자극하여 오랫동안 느끼지 못했던 것을 주었습니다. 그는 잃어버린 손이 움직이는 것을 느꼈습니다. 즉, 소렌센의 신경계에는 아무런 문제가 없습니다.
그런 다음 로잔에 있는 Ecol Polytechnique의 과학자들은 압력과 같은 조건에 따라 전기 신호를 보낼 수 있는 센서를 로봇 손에 부착했습니다. 마지막으로 연구원들은 로봇 팔을 소렌센의 잘린 팔에 연결했습니다. 로봇 손의 센서는 인간 손의 감각 뉴런을 대체하고 신경에 삽입된 전극은 잃어버린 팔의 전기 신호를 전송할 수 있는 신경을 대체합니다.
장비를 설정하고 디버깅한 후 연구원들은 일련의 테스트를 수행했습니다. 다른 주의가 산만해지는 것을 방지하기 위해 그들은 Sorensen의 눈을 가리고 귀를 막고 로봇 손으로만 만지게 했습니다. 그들은 Sorensen이 그가 만진 물체의 경도와 모양을 판단할 수 있을 뿐만 아니라 나무 물체와 천과 같은 다른 재료도 구별할 수 있다는 것을 발견했습니다. 게다가 조작자와 Sorensen의 두뇌는 잘 조정되고 반응합니다. 그래서 그는 무언가를 집어 들었을 때 빠르게 힘을 조절하고 그것을 안정적으로 유지할 수 있습니다. Sorensen은 로잔의 Ecole Polytechnique에서 제공한 비디오에서 "지난 9년 동안 느끼지 못했던 것을 갑자기 느낄 수 있어서 놀랐습니다."라고 말했습니다. "팔을 움직일 때 내가 하고 있는 것을 보는 대신에 내가 하고 있는 것을 느낄 수 있었습니다."
비슷한 연구가 미국 케이스 웨스턴 리저브 대학에서 수행되었습니다. 그들의 주제는 오하이오 주 매디슨에 사는 48세의 Igor Spetic이었습니다. 그는 제트 엔진용 알루미늄 부품을 만들다가 망치를 맞아 오른손을 잃었다.
Case Western Reserve University 연구원들이 사용하는 기술은 로잔의 ECOLE Polytechnique에서 사용되는 기술과 거의 동일하지만 한 가지 중요한 차이점이 있습니다. 로잔의 Ecole Polytechnique에서 사용된 전극은 Sorensen의 팔에 있는 뉴런을 축삭으로 관통했습니다. Case Western Reserve University의 전극은 뉴런을 관통하지 않고 대신 표면을 둘러싸고 있습니다. 전자는 더 정확한 신호를 생성하여 환자에게 더 복잡하고 미묘한 감정을 줄 수 있습니다.
그러나 그렇게 하면 전극과 뉴런 모두에 잠재적인 위험이 있습니다. 일부 과학자들은 침습성 전극이 뉴런에 만성적인 부작용을 일으킬 수 있고 전극의 내구성이 떨어질 수 있다고 우려합니다. 그러나 두 기관의 연구원들은 접근 방식의 약점을 극복할 수 있다고 확신합니다. 또한 Spiderdick은 사포, 면봉 및 머리카락에서 상당히 정확한 분리 감각을 생성합니다. 그러나 로잔의 에콜 폴리테크닉(Ecole Polytechnique)의 연구원들은 쥐에서 9~12개월 동안 지속되는 침습성 전극의 내구성과 안정성에 자신이 있다고 말했습니다.
그러나 이 연구를 시장에 내놓기에는 아직 이르다. 내구성과 안전성 외에도 감각보철의 편의성은 아직 부족하다. Sorenson과 Specdick은 보철물이 장착되는 동안 실험실에 머물렀습니다. 많은 전선과 장치가 달린 그들의 손은 공상 과학 소설의 생체 공학 사지처럼 보이지 않습니다. 연구에 참여한 로잔의 에콜 폴리테크닉(Ecole Polytechnique) 교수인 실베스트로 미세라(Silvestro Micera)는 정상적인 것과 똑같이 보이는 최초의 감각 보철물이 실험실을 떠나기까지는 몇 년이 걸릴 것이라고 말했다.
"그들이 하는 일을 보게 되어 기쁩니다. 다른 사람들에게 도움이 되기를 바랍니다. 과학은 시간이 오래 걸린다는 것을 압니다. 지금은 사용할 수 없지만 다음 사람은 사용할 수 있다면 좋습니다."
게시 시간: 2021년 8월 14일