פיענוח תנועות גפה רוחנית מתוך הקלטות תוך-עצביות

דרכים חדשות לנוע עם רגל חסרה

לאנשים שאיבדו רגל מעל לברך, ההליכה עם פרוטזה יכולה להיראות יותר כמו היגוי של מכונה נוקשה מאשר תנועה של חלק גופם. המחקר הזה בוחן נתיב שונה: הקשבה ישירה לעצבים שנותרו כשהמנוצים מנסים להזיז את רגלם ה"רוחנית", ושימוש באותות אלה כדי לשלוט ברגל ביונית עתידית. על ידי חיבור לאותם חוטים שהמוח השתמש בהם פעם להזיז את הברך, הקרסול והבהונות, החוקרים מראים ששלטון טבעי ואינטואיטיבי על רגל מלאכותית עשוי להיות בהישג יד.

הקשבה לעצבים בתוך הירך

הצוות עבד עם שני מתנדבים שאיבדו רגל מעל הברך אך עדיין הרגישו בחזות וברור והיו מסוגלים "להזיז" את הגפה הרוחנית שלהם. המנתחים שתלו ארבע רצועות אלקטרודות דקיקות בתוך ענף של העצב הסיאטי בגב הירך. כל רצועה נשאה אתרי הקלטה זעירים מרובים, ובסך הכל נוצרו 56 ערוצים. כאשר המשתתפים ישבו והתבקשו לכופף ולהחזיר את הברך, הקרסול או את הבהונות לפי פקודה, האלקטרודות קלטו התפרצויות פעילות חשמלית מסיבי עצב שפעם שלטו בשרירים שכעת חסרים לאחר הקטיעה.

תנועות רוחניות משאירות עקבות חשמליים אמיתיים

למרות שהחלק התחתון של הרגל נעלם, ניסיונות להזיזו ייצרו אותות ברורים ומסודרים בעצב. רוב אתרי ההקלטה הגיבו לפחות לסוג תנועה אחד, והרבה מהן הבחינו בין כיפוף להארכה. אלקטרודות מסוימות היו מכוונות יותר לתנועות ברך, אחרות לקרסול או לבהונות, מה שמשקף את האופן שבו קבוצות שרירים שונות מקושרות לעצב. עוצמת ותזמון דפוסי הירי העצביים השתנו בין המפרקים, דבר המציע שמפת השליטה המקורית של הגוף שרדה בחתך העצב שנותר. החוקרים גם מצאו כי דפוסי התנועה האלה הצטלבו היטב עם האנטומיה הידועה: ערוצי עצב שהידלקו לתנועה מסוימת נטו להתאים לשרירים שאמורים היו בדרך כלל לייצר תנועה זו.

אימון מפענח בהשראת המוח

תפיסת פעילות עצבית היא רק חצי מהסיפור; פרוטזה עתידית חייבת להמיר במהירות את האותות המורכבים האלה לפקודות. המדענים פנו לרשת עצבית מתפצחת, סוג של רשת מלאכותית שמתקשרת באמצעות דפיקות חשמליות קצרות, בדומה לניורונים אמיתיים. תחילה המירו את ההקלטות הגולמיות לרכבות צפופות של דפיקות שהדגישו כיצד עוצמת האות השתנתה עם הזמן. רכבות דפיקות אלה הוזנו לפענח קומפקטי שלמד למיין אותן למחלקות תנועה כגון כיפוף קרסול או מתיחת ברך. בהשוואה לכלים סטנדרטיים של למידת מכונה, מפענח המתפצחות היה גם מדויק יותר וגם יעיל יותר, והצליח לזהות באופן אמין מספר כוונות תנועה מקטעים קצרים של פעילות עצבית.

שילוב אותות עצב ושריר

מכיוון שהאלקטרודות יושבו בין שרירי הירך, הן גם קלטו אותות שריר קטנים בתדירות נמוכה יותר. על ידי סינון ההקלטות יכל הצוות להפריד פעילות דמוית שריר מהדפיקות העצביות המהירות יותר. כאשר הם אימנו את המפענח שלהם על אותות שריר בלבד, הביצועים השתפרו בהשוואה לשימוש רק בנתוני עצב בתדר גבוה. הטוב מכולם, השילוב של שני המקורות — עצב ושריר שיורית — חיזק את הדיוק אף יותר, במיוחד עבור פעולות ברך וקרסול. הדבר מרמז שטכנולוגיה מושתלת בודדת יכולה לנצל גם תעבורת עצב וגם פעילות שריר שנותרה כדי לספק אות בקרה עשיר ויציב יותר לרגל רובוטית.

הרגשת הקרקע בזמן תנועת הרגל

אותן אלקטרודות תוך-עצביות שהקשיבו לפקודות תנועה היוצאות יכלו לשמש גם בכיוון ההפוך: לשלוח דפיקות חשמליות קטנות חזרה לעצב ולעורר תחושות. בעבודה קודמת עם אותם מתנדבים, גירוי דרך השתלים הללו ייצר תחושות מגע בכף הרגל ובבהונות. במחקר הנוכחי מיפו החוקרים היכן ההקלטות הקשורות לתנועה והתחושות הדומות למגע חפפו. הם מצאו שסיבי עצב לתנועה ולתחושה היו מופרדים ברובם על רמת הירך, מה שיכול לעזור למעצבים להקצות חלק מהמגעים בעיקר לפענוח מוטורי ואחרים בעיקר למשוב תחושתי, וכך להפחית הפרעה בין השניים.

מה המשמעות עבור רגליים ביוניות עתידיות

לקורא הכללי, המסר המרכזי הוא שה"חוטים" להזזת רגל חסרה עדיין פעילים וניתנים לקריאה, אפילו שנים אחרי הקטיעה. על ידי הצבת אלקטרודות דקות בתוך העצב שנותר ושימוש באלגוריתמים בהשראת המוח לפירוש האותות, ניתן לקבוע, רגע אחר רגע, האם הנפגע מנסה לכופף את הברך, להטות את הקרסול או לקשת את בהונות הגפה הרוחנית. כאשר זה משולב בגירוי חשמלי שמחזיר תחושת מגע מהכף הרגל החסרה, גישה זו עשויה לאפשר פרוטזות רגליים שמרגישות ונעות הרבה יותר כמו גפה טבעית. למרות שהעבודה עדיין בשלב מוקדם של מעבדה ונבדקה באופן לא מקוון רק בשני אנשים, היא מניחה יסוד חשוב לפרוטזות עתידיות שמתחברות ישירות למערכת העצבים, ומציעה בקרה אינטואיטיבית יותר, שיפור שיווי משקל ותחושת הטמעה חזקה יותר.

ציטוט: Rossi, C., Bumbasirevic, M., Čvančara, P. et al. Decoding phantom limb movements from intraneural recordings. Nat Commun 17, 2511 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69297-0

מילות מפתח: גפה רוחנית, נוירופרוסטטיקה, ממשק עצב היקפי, רשתות עצביות מתפצחות, קטיעת גפה תחתונה