Para peneliti sedang mengembangkan prostetik yang dikendalikan otak untuk orang-orang yang kakinya diamputasi

“Kami mampu mendemonstrasikan kontrol saraf lengkap pertama dari berjalan buatan,” kata Hyungyun Song, penulis pertama studi tersebut dan peneliti postdoctoral di MIT.

Kebanyakan kaki palsu modern mengandalkan perintah robot yang telah diprogram sebelumnya, bukan sinyal otak pengguna. Teknologi robotik canggih dapat merasakan lingkungan dan berulang kali mengaktifkan gerakan kaki yang telah ditentukan sebelumnya untuk membantu seseorang menavigasi medan jenis ini.

Namun banyak dari robot ini bekerja paling baik di tanah datar dan mengalami kesulitan mengatasi rintangan umum seperti gundukan atau genangan air. Orang yang memakai prostesis sering kali tidak mempunyai hak untuk mengatur prostesis setelah dipindahkan, terutama sebagai respons terhadap perubahan medan yang tiba-tiba.

“Saat saya berjalan, rasanya seperti ada yang mengantar saya karena ada algoritma yang mengirimkan perintah ke motor, dan saya tidak seperti itu”. Kedua kakinya diamputasi di bawah lutut beberapa tahun lalu karena radang dingin, dan menggunakan prostetik robotik canggih.

“Ada semakin banyak bukti [showing] “Saat Anda menghubungkan otak ke prostesis mekatronik, terjadi perwujudan ketika individu memandang prostesis sebagai perpanjangan alami dari tubuhnya,” tambah Hare.

Para penulis bekerja dengan 14 peserta penelitian, setengah dari mereka menerima amputasi di bawah lutut melalui pendekatan yang dikenal sebagai antagonist-myoneural interface (AMI), sementara separuh lainnya menjalani amputasi tradisional.

“Hal yang keren tentang hal ini adalah bagaimana hal ini memanfaatkan inovasi bedah di samping inovasi teknologi,” kata Connor Walsh, seorang profesor di Fakultas Teknik dan Sains Terapan Harvard, yang berspesialisasi dalam pengembangan robot bantu yang dapat dipakai dan tidak terlibat dalam penelitian ini.

Amputasi AMI dikembangkan untuk mengatasi keterbatasan operasi amputasi kaki tradisional, yang memutuskan koneksi otot penting di lokasi amputasi.

Gerakan dimungkinkan oleh cara otot bekerja secara berpasangan. Satu otot – yang dikenal sebagai otot rangsang – berkontraksi untuk menggerakkan anggota tubuh, dan otot lain – yang dikenal sebagai otot antagonis – memanjang sebagai respons. Misalnya pada latihan bicep curl, otot bisep merupakan otot pemicu karena berkontraksi untuk mengangkat lengan bawah, sedangkan trisep merupakan otot antagonis karena memanjang untuk memungkinkan terjadinya gerakan.

Ketika amputasi bedah menyebabkan pasangan otot terputus, kemampuan pasien untuk merasakan kontraksi otot setelah operasi terpengaruh, dan hal ini berdampak negatif pada kemampuannya untuk merasakan secara akurat dan baik di mana letak prostesis di ruang.

Sebaliknya, AMI menyambungkan kembali otot-otot pada anggota tubuh yang tersisa untuk meniru umpan balik otot yang berharga yang didapat seseorang dari anggota tubuh yang utuh.

Studi ini adalah “bagian dari gerakan teknologi prostetik generasi mendatang yang mengutamakan sensasi, bukan hanya gerakan,” kata Eric Rombukas, asisten profesor teknik mesin di Universitas Washington yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

Prosedur AMI untuk amputasi di bawah lutut dinamai demikian Peter Ewing Setelah Jim Ewing, orang pertama yang menjalani prosedur tersebut, pada tahun 2016.

Pasien yang telah menjalani amputasi Ewing mengalami lebih sedikit atrofi otot pada sisa anggota tubuh dan lebih sedikit nyeri bayangan — sensasi ketidaknyamanan pada anggota tubuh yang sudah tidak ada lagi.

Para peneliti melengkapi semua peserta dengan prostetik baru yang terdiri dari pergelangan kaki buatan, alat yang mengukur aktivitas listrik dari pergerakan otot dan elektroda yang ditempatkan pada permukaan kulit.

Otak mengirimkan impuls listrik ke otot, menyebabkan otot berkontraksi. Kontraksi menghasilkan sinyal listriknya sendiri, yang dideteksi oleh elektroda dan dikirim ke komputer kecil yang terpasang pada prostesis. Komputer kemudian mengubah sinyal-sinyal listrik ini menjadi kekuatan dan gerakan untuk prostesis.

Kaki palsu tersebut memberinya kemampuan untuk mengarahkan kedua kakinya dan melakukan gerakan tarian lagi, kata Amy Pietravita, seorang peserta penelitian yang menjalani amputasi Ewing setelah menderita luka bakar parah.

“Mampu memiliki kelengkungan seperti itu membuatnya lebih nyata, dan rasanya semuanya ada di sana,” kata Pietrafitta.

Berkat peningkatan sensasi otot, peserta yang menjalani operasi amputasi Ewing dapat menggunakan kaki palsu mereka untuk berjalan lebih cepat dan lebih alami dibandingkan mereka yang menjalani operasi amputasi tradisional.

Ketika seseorang harus menyimpang dari pola berjalan normal, biasanya mereka harus bekerja lebih keras untuk menyiasatinya.

“Pengeluaran energi ini…menyebabkan jantung kita bekerja lebih keras dan paru-paru kita bekerja lebih keras…dan dapat menyebabkan kerusakan progresif pada sendi pinggul atau tulang belakang bagian bawah.

Pasien yang menjalani amputasi Ewing dan prostesis baru juga dapat dengan mudah menavigasi lereng dan tangga. Mereka mampu menyesuaikan kaki mereka dengan lancar untuk mendorong diri mereka menaiki tangga dan meredam guncangan saat turun.

Para peneliti berharap kaki palsu baru ini akan tersedia secara komersial dalam lima tahun ke depan.

“Kami mulai melihat sekilas masa depan yang gemilang ini di mana seseorang dapat kehilangan sebagian besar tubuhnya, dan terdapat teknologi yang tersedia untuk membangun kembali aspek tubuh tersebut agar berfungsi penuh,” kata Hare.