Het bevestigen van de neurale interface aan de prothese duurt twee stappen. De eerste is een operatie waarbij de delen van de spieren worden betrokken die overblijven na de amputatie van het onderbeen. De operatie verbindt de kuitspier, die samentrekt om de enkel naar boven te buigen, opnieuw met de kuitspier, die deze beweging verhindert. Op dit moment kunnen ook protheses worden aangebracht. Naast dat de prothese dynamischer kan bewegen, kan de procedure ook de pijn in fantoomledematen verminderen en is de kans kleiner dat patiënten struikelen en vallen.
“De operatie staat op zichzelf”, zegt Amy Pietrafitta, een para-atleet die de operatie in 2018 onderging. “Ik heb het gevoel dat ik mijn been terug heb.” Maar natuurlijke bewegingen zijn nog steeds beperkt als de prothese niet is verbonden met het zenuwstelsel.
In een tweede stap meten oppervlakte-elektroden de zenuwactiviteit van de hersenen naar de kuit- en kuitspieren, wat de intentie aangeeft om het onderbeen te bewegen. Een kleine computer in het bionische been decodeert deze zenuwsignalen en beweegt het been overeenkomstig.
“Als je biologische ledematen intact zijn, kun je bijvoorbeeld zonder nadenken de trap op en af lopen. Het is onbedoeld”, zegt Herr. “Dat is bij onze patiënten het geval, maar hun ledematen zijn gemaakt van titanium en siliconen.”
De auteurs beoordeelden de mobiliteit van zeven mensen met behulp van een neurale interface en zeven mensen die conventionele amputaties hadden ondergaan, allemaal met hetzelfde type prothetische ledemaat. Degenen met een neurale interface konden 41% sneller lopen en hellingen en trappen beklimmen. Ze kunnen obstakels behendiger vermijden en hebben een beter evenwicht. En ze beschreven het gevoel dat de prothese echt een deel van hun lichaam was, en niet alleen maar een hulpmiddel dat ze gebruikten.
De procedure is de standaardbehandeling geworden in het Brigham and Women’s Hospital in Boston. Maar oppervlakte-elektroden die patiënten volledige neurale controle over hun ledematen geven, zijn nog enkele jaren verwijderd van klinische implementatie, en de interfaces zijn tot nu toe alleen in laboratoriumomgevingen gebruikt. Een andere beperking is dat het opnieuw aanhechten van spieren minder effectief kan zijn als dit enkele jaren na de amputatie wordt uitgevoerd.
Herr en zijn team hopen uiteindelijk de oppervlakte-elektroden van de prothese te vervangen door magnetische bollen, die de spierdynamiek nauwkeuriger kunnen volgen. “Het doel dat we hebben is om de lichamen echt te reconstrueren, om de lichamen opnieuw op te bouwen”, zegt hij.