A lebénult testrészek mozgatásának lehetőségei: alapkutatások és módszerek

A rehabilitációs kutatások egyaránt jelentenek alapkutatásokat, amelyekre később majd technológiákat, módszereket lehet építeni, és maguknak a módszereknek a kidolgozását is. Az emberi test és az emberi mozgás bonyolult: fiziológiai, fizikai, biológiai és mérnöki megközelítésre is szükség van ahhoz, hogy a rehabilitációs eszközök működjenek.

Az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Rehabilitációtechnológiai Csoportja jelenlegi formájában 2014 óta létezik, de több évtizedes előzményekre tekint vissza a Központi Fizikai Kutatóintézet (KFKI) különböző intézeteiben. A csoport egyik nagy kutatási területe az idegrendszeri sérülés miatt részben mozgásképtelenné vált emberek rehabilitációja. A kulcsszó ebben az esetben a mozgásrehabilitáció, amelyet Laczkó József matematikus, a csoport vezetője úgy magyaráz, hogy valamely elvesztett – szenzoros vagy motoros, azaz érzékelési vagy mozgási – funkció pótlása, megmaradt mozgási funkciókat és mesterséges szabályozást felhasználva. Ez nem gyógyítás, azzal az orvostudomány foglalkozik. A rehabilitáció azt teszi lehetővé a fogyatékkal élőknek, hogy egészségesebb, önállóbb életet élhessenek.

Mik ezek a más funkciók?

Az emberi test magától is pótol funkciókat: a vakok rendszerint több információt szereznek hallás és tapintás útján, mint a látók. A siketek figyelve és szájról olvasva juthatnak hozzá ahhoz, amiért a hallóknak semmit sem kell tenniük.

A rehabilitációs technológiák is hasonlóan pótolnak hiányzó funkciókat, de komoly mérnöki tervezés, nagy mennyiségű adat begyűjtése és kiértékelése szükséges hozzájuk.

Az egészség a mozgással kezdődik: az aktív mozgás jót tesz a keringésnek, a légzésnek, a csontoknak és izmoknak, javít az általános egészségi állapoton, karbantartja az általános kondíciót. Éppen ezért fontos – különösen azoknak a fiatal gerincsérülteknek az esetében, akik előtt több évtizednyi élet áll még – minél több lehetőségét megtalálni a lebénult testrészek mozgatásának. Erre több megoldás is létezik. Az MTA Wigner FK-ban dolgozó kutatócsoport az aktív mozgás lehetőségeit kutatja.

Laczkó József Fotó: mta.hu/ Szigeti Tamás

„Olyan mesterséges szabályozást próbálunk létrehozni, amivel a bénult végtagok újból aktív izomerőt képesek kifejteni” – mondta Laczkó József a csoport munkájáról. Az „aktív” ebben az esetben azt jelenti, hogy az izmok elektromos ingerlés hatására húzódnak össze, a mozgás szabályozása pedig, amit egy nem bénult embernél a központi idegrendszer végez, külső ingerlő készülékkel történik azoknál a pácienseknél, akiknél gerincvelő-sérülés következtében a mozgató parancs nem jut el az agyból az izmokhoz. Az Országos Orvosi Rehabilitációs Intézetben és a Testnevelési Egyetem Egészségtudományi és Sportorvosi Tanszékén is végeznek kerékpározó mozgással edzéseket lebénult lábú páciensek. A funkcionális elektromos ingerléssel kapcsolatos munkákat a Pázmány Péter Katolikus Egyetem közreműködésével és együttműködésével kezdték ezekben az intézményekben. „A kerékpározás azért jó, mert 20-25 percig is lehet vele foglalkozni, periodikus, jó mozgást biztosít, ami alatt el lehet fáradni, és jót tesz a fiziológiai állapotnak” – fejtette ki a kutató. Ebben az esetben fontos, hogy a pácienst nem valaki mozgatja, hanem a saját izmai végzik a mozgást, ami a fizikai pozitívumokon kívül pszichésen is rengeteget számít ezeknél az embereknél.

A kutatók olyan mesterséges szabályozást próbálnak létrehozni, amivel a bénult végtagok újból aktív izomerőt képesek kifejteni Forrás: mta.hu

Hogyan mozog az ember?

Nézzen szét, hogy mi van a keze ügyében! Ha talál egy tollat, emelje íráshoz a kezével egyszer-kétszer, ha pohár, emelje a szájához párszor, és közben figyelje, milyen pályát jár be a keze! A mozdulatok nem lesznek tökéletesen azonosak, de nagyon fognak hasonlítani egymáshoz. Arról a tudósok is vitáznak, hogy az agy ilyenkor egy belső ideális modellt próbál-e minden esetben megvalósítani, vagy csak a fizikai törvények befolyásolják ezeket a mozgásokat. Ami biztos: az agy parancsot ad, az végigfut az idegrendszeren, az elektromos inger hatására az izmok összehúzódnak, és a mozgás megtörténik.

A mozgásszabályozás (motor control) tudománya megpróbálja megérteni, hogy egy-egy adott emberi mozgás miért úgy történik, ahogy, mi mérhető egy-egy mozgásból. A fent leírt alkalmazott kutatásokon kívül ezekkel az alapkutatásokkal is foglalkoznak az MTA Wigner FK-ban. Ezekben részt vesznek egészséges emberek is, akiknek különböző terhelés mellett mérik az aktivitását, majd a több tíz embertől származó mérési adatokból matematikai és statisztikai módszerekkel megállapítják, milyen izomingerlésre van szükségük a végtagoknak ahhoz, hogy mozogjanak. A funkcionális elektromos izomingerlés kutatása sem csak az MTA Wigner FK-ban folyik: a Pécsi Tudományegyetem Természettudományi Kara, a Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai és Bionikai Kara és a Testnevelési Egyetem is fontos szerepet játszik a programban PhD-hallgatók bevonásával, hiszen az ilyen jellegű kutatásokhoz fizikusok, matematikusok, mérnökök, egészségügyi szakemberek összehangolt, közös munkájára van szükség.

Minden rehabilitációs központban megjelenhetne

A gerincsérült emberekkel foglalkozó, évek óta tartó programban húsznál is több páciens vesz részt a kezelésekben. A módszer készen áll arra, hogy a mindennapi rehabilitációs eljárások részévé váljon, ám ehhez a rehabilitációs központokba szobabicikliket és egyéb berendezéseket kellene vásárolni, illetve segítőket is ki kellene képezni. Egyelőre nincs olyan orvosi fórum, ami egy ilyen bővítést finanszírozna. Az MTA Wigner FK kutatócsoportjánál azt mondják: így is hálásak az Országos Orvosi Rehabilitációs Intézetnek, hogy hozzáférést adott a betegekhez. A közös munkával mindenki jól járt: a páciensek mozogtak, a kutatók tökéletesíthették a módszert, az intézet pedig egy újfajta kezelést alkalmazhatott.

A csoport kutatásainak lehetséges irányai közül igen érdekesek az „ember-gép kapcsolati kutatások”: az ingerlést végző elektronika irányítása olyan jelek alapján, amelyek az agyi aktivitás (agy-gép kapcsolat) vagy a test megmaradt mozgásainak mérése (test-gép kapcsolat) alapján történik. Ez azonban a távolabbi jövő. „Ha erről beszélek, az emberek azt fogják hinni, hogy már holnaptól képesek leszünk ezt megvalósítani. Nem akarok hiú ábrándokat kelteni” – figyelmeztetett Laczkó József. A közelebbi cél a láb izmainak stimulálása után a kézi kerékpározást is lehetővé tenni olyan páciensekkel, akiknek a felső végtagjuk is bénult – ez hamarabb megvalósulhat.

Az ember mindig kecsesebb a robotnál

A mozgásszabályozás kérdések és kutatási területek százait kínálja. Nemcsak a stimulált izmok kiválasztása érdekes – ezek a biciklizés esetén többek között a combfeszítő és a combhajlító izmok –, hanem az összehúzódás időzítése és az izmok közötti munkamegosztás, az izmok jól koordinált együttműködése is.

Egy százszor elismételt mozgássornak van varianciája, nem lesz mindig pontosan ugyanolyan a mozdulat, de nagy eltérések sem lesznek. Ha ilyenek bukkannak fel – például mert a vizsgált személy Parkinson-kórban szenved, vagy stroke-on esett át – az a szabályozás hibáját jelzi. Az MTA Wigner FK-ban dolgozó kutatócsapat az agyi ingereket nem vizsgálja, az ő kutatási területük a periféria, azaz a karok és a lábak mozgása. A testmozgáson mért adatok azonban alkalmasak a következtetésre, hogy milyen szabályozási elvek sérülhettek.

A mozgásunknak ez a változatossága egy azon jellemzőink közül, ami megkülönböztet a gépektől. Egy robotkar mindig ugyanazt a mozdulatsort fogja bemutatni, amire beprogramozták. Kivéve természetesen a filmvásznon, ahol többnyire digitalizált emberi mozgást látunk a szögletesebb robotmozdulatok helyett, ami rögtön emberszerűbbé teszi a gépeket.

Az űrben a mozgás is más

Az idegrendszeri betegség, például a stroke csak egy olyan tényező, amely a mozgásszabályozást befolyásolhatja. „Részt vettem már olyan NASA-projektben is, amely a súlytalanságban végzett mozgásokat vizsgálta. Ha nincs gravitáció, az megváltoztatja a szabályozást” – mondta el Laczkó József. A kifejtett izomerő, a leküzdendő ellenállás vagy a mozgás sebessége is lényegesen megváltoztathatja a paramétereket. Ezek pedig visszaköszönhetnek a rehabilitációs munkában és a neuroprotézisek vezérlésében is. Ezen a területen is vannak az MTA Wigner FK kutatóinak együttműködő partnerei, többek között a Chicagói Rehabilitációs Intézetben.

Nem minden a mozgás

A kutatócsoport ugyan sokat foglalkozik a mozgásszabályozással, de nem ez az egyetlen kutatási területe.

Legalább ennyire fontos a vakoknak kifejlesztett Mobil Segítőtárs (MOST) alkalmazás, amely egy 3D nyomtatóval készített maszkkal számukra is teljesen használhatóvá teszi az okostelefonokat.

Hogy miért van erre szükség, amikor az okosmobiloknak többnyire van képernyőolvasójuk? Mert a felhasználók egy része nem szeretné, ha beszélnie kellene a telefonjával, ráadásul megtanult nagyon gyorsan Braille-írással karaktereket bevinni. A maszkot úgy kell a mobil képernyőjére helyezni, mint egy telefonvédő hátlapot. A maszk lyukait könnyű ujjal megtalálni, bejárhatóvá, tapinthatóvá teszik az amúgy sima üveglapként érzékelhető érintőképernyőt. A szöveg bevitele mellett a program a telefonon futó appok elindítását, a szövegolvasás megkezdését és a szövegszerkesztést is lehetővé teszi.

Fotó: mta.hu/ Szigeti Tamás

A maszkot és az appot fejlesztő kutatók szerint egy-másfél óra oktatás után tökéletesen boldogulnak az új felhasználók. Az újat csak az okostelefónia felől kell érteni: az a tapasztalat, hogy inkább az idősebbek választják a maszkos megoldást. Ők azok, akik jobbak a Braille-írásban. A fiatalabbak már PC-n tanultak írni, és megszokták a képernyőolvasó szoftvereket is, többségüknek másfajta megoldásokra van szükségük. A csoport büszke rá, hogy a MOST szoftvernek van egy siket-vak felhasználója is: neki rezgő morzejelek formájában ad visszajelzéseket a telefonja.