Kunstmatige huid geeft geamputeerden gevoel in protheses

Een nieuwe kunstmatige huid voorzien van sensoren kan dragers van protheses gevoel geven in hun vingertippen. De ontwikkeling brengt protheses opnieuw een stapje dichterbij hun biologische tegenhanger.

Protheses worden steeds geavanceerder en bieden gebruikers steeds meer mogelijkheden. Desondanks kennen protheses nog steeds belangrijke beperkingen. Zo hebben dragers geen gevoel in hun prothese. Niet allen maakt dit het oppakken van onder meer kleine objecten lastig, ook kunnen gebruikers niet voelen wat voor structuur een object heeft en kunnen zij geen temperaturen ervaren. Een nieuwe kunstmatige huid ontwikkeld door de John Hopkins University biedt deze mogelijkheden wel. 

Geïnspireerd op de menselijke biologie

De kunstmatige huid wordt ‘e-dermis’ genoemd. “We hebben een sensor ontwikkeld die op de vingertoppen van een prothetische hand wordt geplaatst en functioneert zoals je eigen huid zou doen”, legt Luke Osborn, een promovendus in biomedische wetenschappen bij de universiteit, uit. “Het is geïnspireerd op de menselijke biologie, met zowel receptoren voor aanrakingen als pijn.”

“Dit is interessant en nieuw aangezien we nu een prothetische hand die al verkrijgbaar is kunnen voorzien van een e-dermis die de drager kan vertellen of hij of zij iets oppakt dat rond is of juist scherpe randen heeft”, aldus Osborn. 

Sensoren

De kunstmatige huid bestaat uit een combinatie van stof en rubber, waarin sensoren zijn verwerkt. Deze sensoren zijn in staat signalen op te pikken die normaal door receptoren in de menselijke huid worden opgevangen, en deze vertalen naar impulsen die naar de perifere zenuwen sturen. De e-dermis is gebaseerd op de menselijke huid, die een complex netwerk van receptoren bevat. Deze receptoren vangen allerlei prikkels op en zetten deze prikkels door naar de hersenen. De e-dermis bootst dit proces op kunstmatige wijze na.

De ontwikkeling stelt gebruikers in staat allerlei prikkels op te vangen, variërend van een lichte aanraking tot pijnprikkels. “Pijn is uiteraard onplezierig, maar het is ook een essentieel en beschermend gevoel dat ontbreekt in protheses die op dit moment beschikbaar zijn voor geamputeerden”, aldus Osborn. “Ontwikkelingen in het ontwerp van protheses en besturingsmechanismen kunnen geamputeerden helpen een functie die zij verloren hebben terug te krijgen, maar het ontbreekt vaak aan zinnige, voelbare feedback of waarnemingen.” 

Neuromorfisch model

Het team heeft daarom een ‘neuromorfisch model’ ontwikkeld waarmee de aanraak- en pijnreceptoren van het menselijk zenuwstelsel worden nagebootst, wat de e-dermis in staat stelt gebruikers dezelfde impulsen te geven als de receptoren in de menselijke huid zouden doen. 

Tijdens een test is de output van dit systeem is verbonden met een vrijwilliger met behulp van een non-invasieve methode genaamd ’transcutane elektrische zenuwstimulatie’ (TENS). Bij TENS worden zenuwen en spieren gestimuleerd met een elektrische stroom. Tijdens proeven bleek de vrijwilliger een pijnlijke sensatie te krijgen indien met de prothese een puntig object werd aangeraakt, terwijl het aanraken van een rond object geen pijnprikkels opleverde. “Na vele jaren voelde ik mijn hand weer, net alsof een leeg omhulsel weer met leven werd gevuld”, zegt een anonieme geamputeerde die de kunstmatige huid heeft uitgetest in een reactie.

De onderzoekers willen hun kunstmatige huid verder ontwikkelen en beter begrijpen hoe zij nuttige sensorinformatie kunnen leveren aan geamputeerden. Op termijn hopen de onderzoekers het systeem op brede schaal beschikbaar te kunnen maken. 

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Bron: John Hopkins University
Bron foto: Pixabay / pedrofigueras