Sinirlere bağlı ilk biyonik kol yapıldı

Ancak bilimkurgu film ve romanlarındaki bir düş daha gerçek oluyor: Avrupalı bilimciler sinirlerimizin kontrolünde ilk biyonik kolun prototipini ürettiler. Kollarını bacaklarını yitiren kimseler, bu biyonik protezi hissederek kullanabilecekler.DoÄŸrudan sinir sistemine baÄŸlanan biyonik protezi takanlar, düşünerek, aklından geçirerek tıpkı eli gibi protezi de hareket ettirebilecek ve gerçek gibi duyuları da algılayabilecek. En büyük özellikleri, duyu geri bildirime sahip olmaları.Biyomekanikçilerin ve sinirbilimcilerin birlikte çalışmaları sonucu, protez kollarda büyük bir devrim gerçekleÅŸtirildi ve sinir sistemimizle doÄŸrudan iletiÅŸim içinde bulunacak, cisimleri hissedebilecek ve beyin ile alış veriÅŸ yapabilecek ilk gerçek biyonik kol protezi gerçekleÅŸtirildi. Protez, gönüllülerde denemeye baÅŸlandı.Antik tarihe göre, ünlü Pers savaşçısı Hegesistratus, M.Ö. 484’te, bileklerindeki prangalardan kurtulmak için bir ayağını kesmiÅŸ ve düşmanlarından ancak böyle kaçabilmiÅŸti. Savaşçı daha sonra tahta bir bacak kullanmaya baÅŸlamış... EÄŸer bu hikaye doÄŸru ise, bu tarihte kaydedilen en eski protez uzuv kullanımıdır.Tahta ayağı, kollar, eller ve isteÄŸi göre de kancalar takip etti. Kim bütün çocuk korsan masallarında kanca elli kötü kaptanları hatırlamaz?Ancak, daha büyük bir atılımın gerçekleÅŸmesi için neredeyse iki yüzyıl gerekti. 1529’da Fransız cerrah Ambroise Pare, birbirine baÄŸlı, parçalı bir bacak geliÅŸtirdi. Bu tasarım, bükülmez yapılardan çok daha doÄŸal ve esnek uzuvlara doÄŸru teknolojik bir atılımdı.Bugünse, protez alanında ve kollarını ve bacaklarını yitirmiÅŸ kimselerin hayatlarında çok daha önemli bir ilerlemenin eÅŸiÄŸinde bulunuyoruz. Bu, doÄŸrudan sinir sistemine baÄŸlanan biyonik bir protez. Bunu takan kiÅŸi, sadece aklından geçirerek protezi hareket ettirmekle kalmayacak, gerçek gibi duyuları da algılayabilecek. Duyu geri bildirime sahip olan yapay kol ve bacaklar, tepki veren, gerçeÄŸe yakın cihazların geliÅŸtirilmesinde giderek çok daha önemli bir yer tutuyor.BeÅŸ yıl içinde tamamBu hedefler çok büyük görünse de, biyonik protezler 5 içinde kullanılmaya baÅŸlanabilir. ABD, Avrupa ve Japonya’daki uzmanlar, birçok sorunun üstesinden geldi ve ilk ham prototiplerin insan denemelerini çoktan baÅŸlattılar. Aalborg Ãœniversitesi'nde biyotıp mühendisi ve protezin öncülerinden olan Ronald Riso, ‘İşin, geriye kalan en büyük kısmı, artık elimizdeki parçaları birleÅŸtirmek’ diyerek ilerlemeyi anlatıyor. Günümüzde halen kullanımda olan protezler oldukça geliÅŸmiÅŸtir. En karmaşık el protezinde, özel sensörler, devreler aracılığıyla elin motorlarına baÄŸlıdır. Sensörler, kiÅŸinin kol kaslarındaki elektriksel hareketliliÄŸi saptar. HareketliliÄŸin saptanmasıyla birlikte el de açılıp kapatılabilir. ‘Elektromiyografi’ denen bu sistemde, kiÅŸi kol kaslarını gevÅŸetir ve protez elin bir cismi kavramasını saÄŸlar. Motorlar, yaklaşık olarak 1 gün giden yeniden ÅŸarj olan pillerle çalışır.Bu cihazlara, kimi hastalar önem verirken kimileri de temkinli yaklaşıyor. Ä°ncelemelerin pek çoÄŸu, hastaların neredeyse yarısının protezlerini düzenli olarak kullanmadıklarını, çünkü onları yararsız, hantal ve çirkin bulduklarını gösteriyor. Önündeki engellerPeki geleceÄŸin protezleri nasıl olacak? Cyberhand görüntüsünde olabilecek yeni sistemler, doÄŸrudan sinir sistemine baÄŸlanacak. Bu tasarım, 4 Avrupa ülkesi bilim adamlarının iÅŸbirliÄŸiyle geliÅŸtirilmekte. BaÅŸlangıç olarak, elin mekanik sistemi çok daha karmaşık olacak. Varolan protezlerden farklı olarak, Cyberhand’in 5 parmağı da ayrı ayrı kontrol edilebilecek ÅŸekilde birbirinden bağımsız motorlar içerecek. Ä°talya’daki Sant’Anna Merkezi'nde makine mühendisi olan ve protezin mekanik iÅŸlemlerini geliÅŸtiren Paolo Dario’ya göre, Cyberhand kullanıcıları bir makası kullanabilecek kadar hünerli olacaklar. Tüm baÄŸlantıları, motorları, sensörleri, elektronik sistemi ve pilleri, bu denli küçük bir alana yerleÅŸtirebilmek aslında ince bir mühendislik iÅŸi. Ekipten Fabrizio Vecchi, bir diÄŸer önemli sorunun ağırlık olduÄŸunun altını çiziyor. Elin, gerçeÄŸi kadar, yani aÅŸağı yukarı 600 gram olması gerektiÄŸine deÄŸinen Vecchi, güç isteyen motorları hatırlatarak, ‘Pillerin sayısı da bir problem’ diyor. Vecchi yine de bu yıl sonuna kadar, elektromyografi ile kontrol edilebilecek bir prototipin hazır olacağını söylüyor. Bardak tutmanın inceliÄŸiBu arada diÄŸer Cyberhand araÅŸtırmacıları, protez eli, gerçek eli çalıştıran, önkoldaki aynı sinirlere baÄŸlamanın yollarını arıyor. Bunu yapabilmek için, elin elektronik devri ile vücudun sinirleri arasında bir arayüz görevi görecek yeni tür elektrotların geliÅŸtirilmesi gerekiyor. Ä°lk elektrot dizisi beyinden gelecek sinir (motor) sinyallerini kaydedip, bu sinyalleri elin makinelerini hareket ettirebilmek için elektronik sinyallere dönüştürecek. Ä°kinci dizi ise, protez el tarafından üretilen yapay duyuları, koldan beyne giden duyu sinirleri tarafından algılanabilecek sinyallere çevirecekler.Duyusal geri bildirimi bu denli önemli yapan nedir? EÄŸer bu olmasaydı, gerçek kol veya bacaklarımızı doÄŸru olarak kullanamazdık. Sözgelimi bir bardağı tuttuÄŸunuzu düşünün. Ne kadar sıkı tuttuÄŸunuzu bilmezseniz ya elinizden kayar ya da çok sıkıldığı için parçalanır. Cebinizdeki belirli bir anahtara ulaÅŸmak veya ışığı açmak için duyularınıza ihtiyacınız vardır. Robotla duyusal algıDeride 4 farklı dokunma reseptöründen ayrı olarak, bir baÅŸka duyusal algı da önemli bir rol oynar. Bu, kaslar, tendonlar ve eklemlerden gelen ve vücudun konumlanma ve hareket etmesine iliÅŸkin bilgileri beyne ileten durum duyusudur (proprioception). Bu, hareketlerin kesin kontrolü ve vücudun ne yaptığının farkında olması için hayati önem taşır. ÖrneÄŸin, bakmadan kolun hangi ÅŸekilde durduÄŸunu anlamak gibi.Bilim adamlarına göre, böyle bir duyusal geri bildirim, beynin yapay bir kol veya bacağı kullanmayı öğrenmesinde oldukça önemli. Bu, bir bebeÄŸin kol ve bacaklarını ilk kez kullanmasıyla aynı ÅŸey. Duyu nöronları, vücudun bir parçasının istenilen ÅŸekilde oynatılmasıyla ilgili bilgiyi ilettiÄŸinde bu, nöronlar arasındaki baÄŸlantıları da güçlendirir. Duke Ãœniversitesi'nden Miguel Nicolelis ve ekibi, son birkaç yılda hayvanlar üzerindeki araÅŸtırmalarıyla bu fikri saÄŸlamlaÅŸtırdılar. Maymunların beyinlerine isteklerini anlamak için elektrotlar yerleÅŸtiren bilim adamları, hayvanların mekanik bir kolu hareket ettirmelerini saÄŸladı. Nicolelis’e göre, baÅŸarının arkasında, maymunların kendi hareketlerini izlemelerine izin vermek ve böylece doÄŸru yaptıklarını anlayacak ÅŸekilde, pozitif geri bildirim saÄŸlamak yatıyor. Uzman, ‘Robot kolun özellikleri, sanki vücudun gerçek bir parçasıymış gibi algılanıyordu’ diyor. Mesele nöronlarla iletiÅŸimProtez bir eli, doÄŸrudan sinir sistemine baÄŸlamanın önündeki en büyük zorluk, bireysel nöronlarla iletiÅŸim kurabilecek ve istenilen yerde kalabilecek elektrotlar tasarlamaktır. Uzmanlar, bir elektrotu uzun bir zaman aynı yerde tutmanın zorluÄŸuna dikkat çekiyor. GeliÅŸtirilen, en yeni teknolojiyi taşıyan elektrot, binlerce nörondan oluÅŸan sinir liflerini çevreleyen, yaka ÅŸeklindedir. Riso’nun ekibi, bunları geçici olarak gönüllülere yerleÅŸtirdiler. Hastaların birçoÄŸu, karıncalanmaya benzer bir hisle karşılaÅŸtıklarını kaydettiler. Ekip, ÅŸimdi, bu duygunun uzun vadede ne kadar ‘katlanılabilir’ olduÄŸunu anlayabilmek için elektrotları kalıcı olarak taşıyacak gönüllüler topluyor. Bu gönüllüler hemen protez bir el takmayacaklar, ancak araÅŸtırmacılar bu kimselerin Cyberhand’in gelecek versiyonları için denek olabilecekleri görüşünde. Barcelona Independent Ãœniversitesi'nden Xavier Navarro’nun Cyberhand uzmanı ekibi, farklı bir yaklaşım deniyor. Ekip, ÅŸu anda nörorejenerasyon araÅŸtırmalarında yararlanılan ‘kevgir elektrot’u kullanıyor. Kavrama güçleri varAdından da anlaşılacağı gibi, bu tip elektrotların her birinde birçok delik bulunuyor ve bu deliklerin her biri de ayrı bir elektrik sinyal gönderme kapasitesine sahip. Bunun amacı, delikler içinde tek bir nöronu geliÅŸtirebilmek ve böylece tek bir seferde uyarabilmek. Bu alandaki en büyük ilerlemeyse, Utah Ãœniversitesi'ndeki araÅŸtırmacılar tarafından yapılmışa benziyor. Ekibin elektrotlardan oluÅŸan düzeneÄŸinde, iÄŸne benzeri noktaların her biri ayrı elektrik sinyalleri iletiyor. Bu cihaz implante edildi, çünkü böylece her bir ‘iÄŸne’, tek bir sinir lifinin yanında bulunabiliyor. New Scientist bilim dergisinin haberine göre (28 Åžubat 2004) araÅŸtırmacılara geçen yıl, bu tür bir elektrotu, uzvunu yitirmiÅŸ bir kimseye yerleÅŸtirebilme izni verildi. Henüz yayımlanmamış çalışmada, yüzeyinde basınç, motorlarındaysa durum duyusu sensörleri bulunan mekanik bir kol, elektrotlara baÄŸlandı. Ekibin başındaki Ken Horch’a göre, uzmanlar kolu hareket ettirdiklerinde veya bir cismi kavramasını istediklerinde, gönüllüler gereken duyuları algıladıklarını söylediler. Hatta, kavrama gücüne iliÅŸkin de bilgi verdiler. Åžimdilik onda biriBu araÅŸtırma, baÅŸlangıç aÅŸamasında olsa bile, hastaların ‘gerçek duyu hissi’ni tarif edebilmesi iyiye iÅŸarettir ve Horch’un elektrotlarının, bir elektrottan bir nörona doÄŸrudan iletiÅŸim kurabildiÄŸini gösterir. Ä°lk nesil biyonik uzuvların, tabii ki kanlı canlı kol ve bacakların duyusal ve motor fonksiyonlarını yerine getirmeleri olanaksız. Bunlar, gerçek bir eldeki bin sensörün ancak 10’una sahip olabilecekler. Zaten, beynin verileri nasıl algılayacağını tam bilmeden onlarca sensörü sıkıştırmanın da bir anlamı yok. Aktör Christopher Reeve, yaptığı son röportajda, en çok elini tutan bir insanın sıcaklığını özlediÄŸini anlatıyordu. Kimi uzmanlara göre, ‘iÅŸte karşı karşı olunan nokta bu.’ Belki de dokunmanın tüm detaylarını deÄŸil de, bir parçasını geri kazandırmak mümkün olacak. Ä°ÅŸte bu da hayatın kalitesinde büyük bir ilerleme saÄŸlayacak. BÄ°YONÄ°K KOL NASIL ÇALIÅžIYOR?Kollarını yitiren kimseler, uzun zamandır doÄŸrudan sinir sistemine baÄŸlanabilen biyonik bir aletin düşünü kuruyordu. Yakında bu düşleri gerçeÄŸe dönüşebilir.Mikroelektrotlar, elektronik devreyi sinir sistemine baÄŸlayacaklar.El, sinir sistemine sinyalleri, kimi dalgaların zarar vermesini engellemek için radyo vericisi üzerinden gönderebilir. El içindeki sensörler, kavrama gücünü deÄŸerlendirecek.Her bir parmak, kendi motoruna sahip olacak.Elin dış kısmındaki dokunma sensörleri, teması deÄŸerlendirecek.Â