Heeft hij lappen vlees ermee opgeprikt? Mensen naar zich toe gesleurd? Handtasjes opgetild? Waarschijnlijk was de prothese van kapitein Haak eerder een efficiënt dreigmiddel dan een handig hulpstuk. Het probleem met zo’n haak, maar ook met realistischer vormgegeven protheses: het is een levenloos onderdeel. Het zit vast aan het lichaam, maar mist een essentiële verbinding met het brein. En zolang het brein niet kan communiceren met zo’n verlengstuk, blijft dat minder stuurbaar en bruikbaar dan een ‘eigen’ lichaamsdeel. Gelukkig worden de mogelijkheden op dit gebied steeds groter dankzij nanotechnologie, bio-engineering en robotica. Wat kan het bionische lichaam nu al, en hoe goed wordt het in de toekomst?
Via de borstspier
Een amputatie is te vergelijken met een doorgeknipte telefoonlijn. Je kunt wel in de hoorn schreeuwen, maar zonder verbinding met een ander toestel komt de boodschap nooit aan. Een kapotte telefoonlijn valt te herstellen met kroonsteentjes. Bij amputaties moeten de telefoonlijn én het ontvangende toestel worden vervangen. Gezonde spieren elders in het lichaam worden hierbij ingezet als ‘kroonsteentje’ tussen de hersenen en de uiteindelijke prothese.
In het geval van een armprothese worden de armzenuwen die nog goed functioneren, door de stomp heen ‘teruggehaald’ naar de borstkas en vastgemaakt aan de borstspier. Na een maand of vijf zijn die armzenuwen vergroeid met de borstspier en ligt er een soort topografische kaart van de arm over de borstspier. Wanneer de persoon in kwestie denkt dat hij zijn duim beweegt, leidt dat tot activiteit in het ‘duimgebiedje van de borstspier’. Denkt hij aan het bewegen van de wijsvinger, dan leidt dat tot activiteit in het stukje ‘wijsvinger’ ernaast. Door de gedachte aan beweging van de arm trekt dus een gedeelte van de borstspier samen, en daardoor ontstaat meetbare elektrische spanning op de huid (myo-elektrische activiteit). Deze elektrische spanning wordt opgevangen door een apparaatje en vervolgens doorgestuurd naar corresponderende ‘spieren’ (radartjes, schroefjes, boutjes, moertjes) in de prothese.
De eerste myo-elektrische armen voerden maar één beweging per keer uit. Je elleboog knikken en je pols draaien was er niet bij. Die eerste moderne protheses waren verschrikkelijk zwaar. Veel gebruikers gingen krom lopen en kregen last van hun schouders. De huidige, geavanceerde protheses bevatten een stuk of zes licht(er) gewicht motoren. Daardoor zijn verschillende bewegingen simultaan mogelijk en zien ze er een stuk vloeiender uit.
Bovendien wordt hard gewerkt aan ‘sensorische feedback’ vanuit de prothese naar het brein. Behalve zenuwen die motorische informatie doorgeven en dus verantwoordelijk zijn voor bewegingen, zijn er zenuwen die gevoel doorgeven. Deze zenuwen zijn ook gekoppeld aan de borstspier: als de huid van de borst wordt aangeraakt, voelt de geamputeerde dat in zijn ‘arm’. De volgende stap is sensoren in de prothese te koppelen aan die gevoelszenuwen in de borst. Zo wordt het mogelijk warmte en kou, druk, kracht, snelheid en de positie van de prothese waar te nemen. Daardoor kunnen bewegingen verder worden verfijnd. De prothesedrager van de toekomst zal dus niet zo snel meer een glas verbrijzelen, en raakt hij een gloeiende kachel aan, dan trekt hij zijn arm terug.
Zo’n moderne myo-elektrische prothese kost zestigduizend dollar. Pikant feit: het Amerikaanse ministerie voor Veteranenzaken financiert een flink deel van het onderzoek naar bionische ledematen. Dat gebeurt waarschijnlijk met het oog op de soldaten die verminkt terugkeren uit Irak en Afghanistan.
Opnieuw leren horen
Bionische armprotheses spreken tot de verbeelding: ze zien er ondanks het rubberlaagje (met nagels die je echt kunt lakken) nogal robotachtig en spectaculair uit. Minder opvallend, maar even geavanceerd is het bionisch oor. Waar een ‘gewoon’ gehoorapparaat het geluid versterkt, communiceert een bionisch oor (‘cochleair implantaat’) direct met het brein. Achter het oor wordt een microfoontje bevestigd. Het staat in verbinding met een piepklein apparaatje dat wordt geïmplanteerd in het slakkenhuis binnen in het oor. Het apparaatje zet het inkomende geluid om in taal die het brein snapt: elektrische signalen. Deze elektrische prikkels worden via de gehoorzenuw doorgestuurd naar de auditieve cortex, het stuk brein achter onze oren waar geluiden worden geïnterpreteerd.
Wie een cochleair implantaat heeft, kan niet direct goed horen. Er zijn intensieve trainingen nodig om spraak te leren verstaan. Maar dan zijn voormalig dove mensen toch echt in staat gesprekken te horen – in een rustige omgeving, dat wel.
De ontwikkeling van het bionisch oog stuit vooralsnog op plaatsgebrek. Met de huidige techniek is het slechts mogelijk om twintig elektrodes in het oog te implanteren en die via de oogzenuw te verbinden met de visuele cortex. Twintig elektrodes betekent dat iemand ook maar twintig pixels kan waarnemen. Wie weet dat een beetje computerscherm opgebouwd is uit een miljoen pixels, snapt dat een visueel veld van twintig pixels niets voorstelt. Mensen met een bionisch oog kunnen alleen maar donker van licht onderscheiden.
Hoe kan een bionisch oor met evenveel elektrodes dan wél een redelijk resultaat bieden? Dat komt doordat het oor van nature min of meer dezelfde taal spreekt als de techniek. De techniek is dus toevallig compatibel met het zenuwstelsel. Toch is er hoop voor blinden: de technische ontwikkelingen gaan zo hard dat een bionisch oogimplantaat over een jaar of tien mogelijk al een redelijk resultaat oplevert. n
‘Ik heb zelfs gevoel in mijn prothese’
Claudia Mitchell (28) verloor vier jaar geleden een arm bij een motorongeluk. Ze bestuurt haar prothese met haar gedachten.
‘Schat, je bent ’m kwijt, maar we hebben ’m!’ Opeens snapte Claudia Mitchell waarom iedereen zo in paniek was: haar arm bleek een stuk verderop aan de andere kant van de vangrail te liggen. Zelf had ze niks door. ‘Ik voelde geen pijn en zag nauwelijks bloed,’ vertelt Mitchell in een interview met The New Yorker.
Haar prothese vond ze een ‘waardeloos onding’. Ze kieperde het in de prullenbak en leerde veterstrikken met één hand. Totdat ze via via hoorde over bionische protheses. Ze meldde zich als vrijwillig proefpersoon, werd geopereerd en na vijf maanden kon ze als ’s werelds eerste ‘bionische vrouw’ leren haar nieuwe arm te gebruiken.
‘In het begin was het eigenlijk maar heel onhandig. Ik kon me goed behelpen met één hand en moest nu opeens terug naar het klungelstadium. Elke handeling moest ik beredeneren en in stapjes opdelen. Maar uiteindelijk, na veel oefenen, zijn mijn prothese en ik naar elkaar “toegegroeid”. Ik kan nu biefstukken snijden, aardappels schillen, uitjes snipperen, kleding opvouwen en, toch best handig, veters strikken met twee handen.’
Bijzonder vindt Mitchell dat ze ook gevoel heeft in haar prothese. De artsen hebben behalve de motorische zenuwen ook haar gevoelszenuwen omgeleid naar haar borstspier. ‘Als ik onder de douche sta, voelt het water dat mijn borst raakt, aan alsof het over mijn arm stroomt.’[/wpgpremiumcontent]