Nieuwe technologie zorgt voor natuurlijk gebruik prothese arm

In een onlangs gepubliceerd artikel in the Journal of Neural Engineering hebben onderzoekers van de Universiteit Twente (NL), in samenwerking met het Imperial College London (UK) en de Universiteit van Aalborg (DK), een volledig nieuwe aanpak gepresenteerd. Deze nieuwe aanpak zorgt ervoor dat het aansturen van een prothese meer natuurlijk aanvoelt voor de gebruikers. De technologie is gebaseerd op spier-skelet-modellen en biedt een alternatief voor het gebruikelijke machine learning.

Wereldwijd zijn er miljoenen mensen die een deel van hun lichaam niet kunnen gebruiken als gevolg van een amputatie. Geavanceerde robotische oplossingen zorgen in deze situaties voor een onmiddellijk herstel van de motorische vaardigheden. Ondanks de vooruitgang op vele gebieden, bieden de huidige prothesen slechts beperkte functionaliteit aan hun gebruikers.

Menselijke bewegingen ontstaan doordat elektrische impulsen vanuit de hersenen naar spieren worden gestuurd. Een surrogaat van deze hersensignalen kan worden geregistreerd, in de vorm van elektromyogrammen (EMG's), door gebruik van electroden die op de huid worden geplaatst.

Bij mensen met een geamputeerde arm kunnen EMG-signalen gemeten worden vanuit de overgebleven spieren na de amputatie. Deze signalen worden gebruikt om de prothese in realtime aan te sturen. Gevestigde methodologieën zijn afhankelijk van machine learning, waarbij algoritmen patronen detecteren in EMG-signalen die kenmerkend zijn voor een bepaalde beweging. Deze algoritmen leren het verband te leggen tussen bepaalde EMG-signalen en een specifieke beweging. Zodra een EMG-patroon wordt gedetecteerd, kan dit worden geassocieerd met een beweging van de prothese.

Ondanks wijdverspreid gebruik, zijn algoritmen voor machine learning echter gevoelig voor veranderingen in EMG-eigenschappen als gevolg van ruis, plaatsing van elektroden en spiervermoeidheid. Om het gebruik van de prothese te beheersen moet de gebruiker leren om systematisch zeer verschillende EMG-patronen te produceren; iets dat niet altijd mogelijk is.

Dit type technologie biedt daardoor vaak een beperkte betrouwbaarheid en wordt om deze reden minder gebruikt door mensen met een armamputatie.