Kaasaegsed bioonilised jäsemed võimaldavad juba ammu lisaks kõndimisele ka inimestel näiteks joosta ja treppidest käia. Neist suurem osa toetub seejuures aga eelmääratud algoritmidele. Teisisõnu on tehisjäsemete loojad töötanud välja üheks või teiseks tegevuseks sobivad käimisrežiimid, mille vahel kasutaja seejärel valida saab. See nõuab aga erinevalt keha loomulikust liikumisest teadlikku mõttetööd.

Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi biofüüsikud eesotsas ise lumetormi tõttu mõlemad jalad kaotanud Hugh Herriga astusid sellest lahendusest sammu edasi. Nende bioonilist proteesi juhib algoritmi asemel reaalajas inimese enda aju.

Töörühm lõikas kasu sellest, et amputeeritud jala köndi otstesse suubuvad närvid jäävad amputeerimise järel reeglina terveks. Nõnda jõuavad sinna ka ajust ja seljaajust välja saadetavad käsud. Lihastes nende mõjul tekkivaid elektrilisi signaale saab lugeda naha pinnale kinnitatavate elektroodidega. Neid tõlgendades on võimalik liigutada omakorda tehisjalga ennast.

Enne tehisjäseme saamist tehti uurimisalustele lisaks seitse operatsiooni, mille käigus ühendati nende jala köndis lihasepaarid. Agonist-antagonist müoneuraalse liidesena (AMI) tuntud kirurgiline tehnika võimaldab taastada loomulikke lihaste liigustusi nii, et ühe lihase kokkutõmbumine venitab teist. Lisaks valu vähendamisele aitab säilitada see lihasmassi ja muuta bioonilise jäseme kasutamist mugavamaks.

Jäseme proovile panemiseks harjutasid seitse uuringus osalejat uute jalgade kasutamist kokku kuus tundi. Seejärel võrdlesid teadlased nende sooritust erinevates ülesannetes seitsme teise osalejaga, kellele oli tehtud tavapärane operatsioon ja saanud tavalisema proteesi. Herr leidis kolleegidega, et AMI kasvatas lihassignaalide sagedust keskmiselt 10,5 närviimpulsini sekundis. Kontrollrühmas piirdus see keskmiselt vaid 0,7 impulsiga.

Isegi tehtud operatsioonide mõjul moodustasid registreeritud signaalid vähem kui viiendiku tervetele lihastele iseloomulikest signaalide arvust. Sellegipoolest suutsid uudse tehisjäseme saanud inimesed oma proteese reaalajas juhtida, ilma sellele seejuures pikemalt mõtlemata. Võrreldes kontrollrühma liikmetega kõndisid nad keskmiselt 41 protsenti kiiremini. Kümne meetri pikkusel tasasel lõigul oli nende tippkiirus võrreldav tervete jäsemetega inimeste omaga.

Teadlased uurisid ka seda, kui hästi said uuringus osalejad hakkama raskemates oludes. Tulemused näitasid taas, et AMI-ga uuritavad said viiekraadise kaldega pinnal, treppidel ja üle takistuste astumisega hakkama paremini ja kiiremini kui kontrollrühm. Seda, kas tehisjäse võimaldab inimestel tegeleda ka rohkem pingutust nõudvate tegevustega, nagu sprindi ja hüppamisega, töörühm veel ei uurinud.

Tehnoloogia võiks anda amputeeritud jäsemetega inimestele uut lootust, et tuleviku tehisjäsemed võivad tunduda nende keha loomuliku osana. Selle saavutamine oleks ilma Herri töörühma loomingule sarnaste närviliidesteta raske kui mitte võimatu.

Lähitulevikus loodab töörühm muuta titaanist ja silikoonist jalga veel kergemaks. Praegu kaalub see ligi kolm kilogrammi. Lisaks loodab Herr kolleegidega asendada niiskuse suhtes tundlikud elektroodid väikeste köndi sisse siirdavate magnetiliste kuulikestega, mis võimaldaksid jälgida lihaste liigutusi veelgi täpsemalt.

Töörühm on andnud sisse ka patenditaotluse, misläbi lootis Herr, et lahendus ei jää pikemaks ajaks vaid laboriseinte vahele.

Uuring ilmus ajakirjas Nature Medicine.