Kilka miesięcy temu 26-letni Włoch Pierpaolo Petruzziello stał się znienacka gwiazdą światowych mediów. Można go było zobaczyć we wszystkich możliwych serwisach poświęconych medycynie i elektronice. A to dlatego, że był królikiem doświadczalnym włoskich naukowców z rzymskiego Universita Campus Bio-Medico – pierwszym człowiekiem na świecie, którego nerwy połączono na stałe z elektrodami, by mógł za pomocą myśli poruszać elektroniczną protezą. Miesięczny eksperyment z udziałem Petruzziello zakończył się pełnym powodzeniem, co pokazuje, w jakim kierunku zmierza współczesna medycyna. Już w niedalekiej przyszłości obleczone w silikonową skórę protezy pozwolą okaleczonym ludziom nie tylko chodzić, biegać czy jeździć na rowerze, ale i odbierać doznania zmysłowe. Zresztą nawet dziś to, co uznawaliśmy do niedawna za nieudolne kopie naszego ciała, zaczyna budzić kontrowersje. Najlepszym tego przykładem są zrobione z włókna węglowego „gepardy” – sztuczne nogi południowoafrykańskiego biegacza Oscara Pistoriusa. To jeden z najszybciej biegających ludzi świata – niekwestionowany król sprintu paraolimpijskiego, który teraz stara się o możliwość udziału w normalnej olimpiadzie. Twierdzi, że w żaden sposób nie ustępuje pełnosprawnym zawodnikom. Jego prośby są jednak odrzucane przez Międzynarodowe Stowarzyszenie Federacji Lekkoatletycznych. Wielu ekspertów sądzi bowiem, że lekkie protezy dają mu niesportową przewagę. Potwierdzają to analizy Petera Weyanda z Southern Methodist University oraz Matthew Bundle’a z University of Wyoming. Ich zdaniem dzięki niskiej masie protez Pistorius może przemieścić dolne kończyny o 15,7 proc. szybciej niż pięciu ostatnich rekordzistów świata w biegu na 100 metrów.

Z żyłami i włoskami

Takie protezy można dziś kupić w wielu odmianach – nie tylko sportowych, ale i „wyjściowych”. Aimee Mullins – sprinterka, aktorka i modelka, która podobnie jak Pistorius przeszła amputację obu dolnych kończyn poniżej kolan – ma w sumie 12 par sztucznych nóg. „Cztery są wykonane z silikonu i wyglądają tak jak prawdziwe – mają żyły, ścięgna, mieszki włosowe. Każda para przystosowana jest do innej wysokości obcasa w butach, więc gdy wyjeżdżam gdzieś na dłużej, muszę zabierać ze sobą całą walizkę nóg” – wyjaśnia. W przypadku rąk wybór też jest całkiem spory. Wielką popularnością cieszą się urządzenia opracowane przez szkocką firmę Touch Bionics – w ciągu kilku lat sprzedała ich już kilkaset, choć kosztują tyle, co średniej klasy samochód. Protezy i-LIMB są dostępne w różnych wersjach. Replika może obejmować dowolny fragment – zarówno samą dłoń, jak i przedramię czy całą kończynę. Ukryte w środku mechanizmy pozwalają na swobodne nią poruszanie. Jednak największym osiągnięciem inżynierów z Touch Bionics jest dłoń. Każdy z jej palców może ruszać się niezależnie od innych. Kciuk działa tak jak w naturze, umożliwiając precyzyjne chwytanie przedmiotów.

Wygląd dłoni także można dopasować do indywidualnego gustu. Jedna z opcji to i-LIMB Skin – cienka warstwa bardzo elastycznego materiału dostępna w wersji przezroczystej (widać przez nią działanie mechanizmów protezy) oraz smoliście czarnej, co kojarzy się ze sztuczną ręką Ankina Skywalkera (alias Dartha Vadera) z „Gwiezdnych wojen”. Dla mniej ekscentrycznych użytkowników przygotowano silikonowe imitacje prawdziwej skóry w 10 różnych odcieniach. Skóra wygląda bardzo naturalnie – jest dyskretnie rozjaśniona na kostkach oraz wewnątrz dłoni, a całość uzupełniają niewielkie różowawe paznokcie. Model luksusowy to LivingSkin – w tym przypadku Touch Bionics dobiera kolor, fakturę i inne detale indywidualnie, tak by sztuczna skóra jak najpłynniej łączyła się z naturalną. Paznokcie można malować lakierem, a karnację zmieniać samodzielnie dzięki preparatom wywołującym „syntetyczną” opaleniznę. Niedawno firma wzbogaciła swą ofertę o protezę ProDigits przeznaczoną dla tych, którzy stracili jeden lub więcej palców, ale nadal mają sprawną dłoń. Na ten rodzaj niepełnosprawności cierpi na całym świecie 1,2 mln osób. ProDigits zbudowano na bazie i-LIMB, więc ma wszystkie zalety swojej poprzedniczki. Wśród pierwszych odbiorców urządzenia znalazła się hiszpańska pianistka Maria Antonia Iglesias, która na skutek ciężkiej infekcji bakteryjnej utraciła wszystkie palce dłoni łącznie z kciukiem. Dzięki protezie może samodzielnie wykonywać takie czynności jak przykręcanie śrub, nalewanie wody z butelki czy pisanie grubym mazakiem.

Rękę czuje na piersi

 

Sterować urządzeniami firmy Touch Bionics można na dwa sposoby. Pierwszy, używany czasami w przypadku ProDigits, wykorzystuje pozostałe po amputacji fragmenty palców – ich przedłużeniem są te mechaniczne. Jednak takie rozwiązanie często nie jest możliwe. Wówczas można skorzystać z elektromiografii, czyli rejestrowania czynności elektrycznej mięśni. Jak to działa? Po amputacji w kikutach pozostają mięśnie, które nadal pracują, choć nie mają już czym poruszać. Ich aktywność można zarejestrować czujnikami zintegrowanymi z protezą. Dlatego użytkownicy produktów Touch Bionics nie muszą przechodzić żadnych zabiegów ingerujących w ich ciało.

Inaczej jest jednak w przypadku wynalazków stworzonych przez amerykańskich naukowców, pracujących na zlecenie rządowej agencji DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). Ich celem było połączenie protezy bezpośrednio z układem nerwowym pacjenta, tak by poruszanie sztuczną ręką odbywało się zupełnie naturalnie. Nad technologią tą pracuje obecnie Rehabilitation Institute of Chicago. Koszty produkcji są jednak tak wysokie, że na razie nowe protezy udostępniono zaledwie kilku osobom. Końcówki nerwów, które odpowiadały za sterowanie mięśniami w amputowanej ręce, uczeni przeszczepiają w okolice mięśnia piersiowego i czekają, aż wrosną z powrotem w tkanki. Potem w tym miejscu przyczepia się elektrody przekazujące sygnał do komputera sterującego protezą. Pierwszą osobą, która sterowała myślami sztuczną ręką, był Jesse Sullivan. Podczas testów pokazywał, że bez trudu może wyjąć kartę kredytową z portfela czy chwycić kubek. Spore wrażenie robi też swoboda, z jaką porusza się po kuchni Claudia Mitchell – inna ochotniczka, która skorzystała z możliwości przetestowania protezy. Krojenie warzyw czy mieszanie w garnkach nie sprawia jej żadnego kłopotu. Jak przyznała w jednym z wywiadów, jedyną niedogodnością związaną z używaniem protezy są sensacje, jakich doświadcza pod prysznicem. Kiedy polewa pierś z przeszczepionym tam nerwem gorącą wodą, czuje ciepło w ręce, której nie ma.

Interfejs do mózgu

Logiczną konsekwencją takich eksperymentów jest bezpośrednie połączenie między układem nerwowym a elektroniką sterującą protezą. Taki właśnie zabieg przeszedł wspomniany wcześniej Pierpaolo Petruzziello. Lekarze wykonali zabieg chirurgiczny i zlokalizowali w przedramieniu nerwy sterujące ruchami lewej dłoni, którą młody Włoch stracił kilka lat temu w wypadku samochodowym. W tkankę nerwową wbili maleńkie elektrody połączone z drucikami, następnie zaszyli ranę. Po jej wygojeniu druciki podłączono do komputera. Nauka sterowania protezą zajęła Petruzziello kilka dni. Wyglądało to dość dziwacznie – siedział bez ruchu z zamkniętymi oczami, a znajdująca się w drugim końcu pokoju mechaniczna ręka ruszała palcami. „Czułem ją prawie tak, jakby była prawdziwa. To kwestia umysłu, koncentracji. Kiedy myślisz o tym jak o swojej ręce i przedramieniu, wszystko staje się prostsze” – twierdził podczas konferencji prasowej.

Eksperyment trwał miesiąc, bo zdaniem lekarzy dłuższa obecność elektrod w ciele pacjenta mogłaby stanowić dla niego zagrożenie. Organizm traktuje elektrody jak ciało obce i uruchamia reakcję zapalną, która utrudnia przekazywanie impulsów i może trwale uszkodzić nerwy. Dlatego potrzebne są bardziej „biokompatybilne” rozwiązania. Irański badacz Mohammad Reza Abidian z amerykańskiego University of Michigan postanowił wykorzystać jeden z cudów współczesnej techniki – przewodzący polimer PEDOT. Materiał ten uważa się za przyszłość medycyny regeneracyjnej, bo jego obecność w ciele umożliwia m.in. odbudowę nerwów, a nawet ich zastąpienie. Elektrody pokryte nanowłóknami polimeru działały w mózgach szczurów o siedem tygodni dłużej niż standardowe. Abidian zamierza powlec je dodatkowo hydrożelem z mikrokapsułkami wypełnionymi lekiem przeciwzapalnym. Wówczas czas działania interfejsu mógłby wydłużyć się o kilka następnych tygodni.

To jednak nadal za mało. Docelowo połączenie między człowiekiem a maszyną powinno bez zakłóceń funkcjonować latami. Czy jest to możliwe? Uczeni uważają, że tak – złożyli już nawet wniosek o opatentowanie takiego wynalazku, bazującego na PEDOT. Ale polimer ten może zmienić także inną ważną sferę – wrażenia czuciowe. Na dorocznym spotkaniu American Society of Plastic Surgeons zespół Abidiana zaprezentował wizję protez wyposażonych w czujniki dotyku i temperatury, przekazujące dane do układu nerwowego. Z kolei uczeni z University of Southern California w Los Angeles pracują nad sztuczną skórą wypełnioną płynnym silikonem, która pozwala wyczuć, czy proteza trzyma przedmiot wystarczająco mocno (dostępne dziś urządzenia wymagają od użytkownika ciągłego monitorowania siły uścisku). To oczywiście na razie czysta fantastyka, ale już za kilka lat może stać się naukową rzeczywistością. Wówczas trudno będzie odróżnić uścisk ręki sztucznej od naturalnej.