Det kunstige menneske

Vores krop er et mirakel. Vi ser det ikke til daglig, men videnskabsfolk, der prøver at forstå kroppen og måske endda efterligne den, går ofte rundt med en ærbødighed overfor dette mirakel.

Kroppen er så kompleks, at den ikke kan sammenlignes med nogen kendt menneskelig teknologi. En enkelt celle er mere indviklet end den mest avancerede teknologi, mennesket har lavet - og en legemsdel består af milliarder af celler, der samarbejder på svimlende måder.

Set ud fra en teknologisk vinkel er kroppen forbløffende, fordi den både er ekstremt indviklet og ekstremt robust. Den er selvregulerende, selvreparerende og den kan levere utrolig kraft i forhold til energiforbrug og vægt. Oven i købet holder den typisk i 50-100 år uden driftspauser.

Så det er forståeligt, at videnskaben har haft svært ved at opfinde teknologi, der kan erstatte dele af vores krop. Men vi er alligevel på vej til at lave den teknologiske krop.

Et ben for lidt

Mennesket har altid kunnet klare sig uden det ene af sine lemmer. Men for en ung mand som Anton Tryggvason, der fik amputeret sit ene ben over knæet allerede i midten af tyverne, kunne det være en tragisk situation.

Han ville gerne passe både sit barn og sit arbejde. Men med gammeldags proteser er det svært at gå sikkert uden mindst én krykke, og det er nærmest umuligt at gå op og ned ad trapper uden begge hænder fri til gelænder eller krykker.

Et nyt computerstyret kunstigt ben gør, at han kan leve næsten normalt:

»Jeg kan gøre det samme som enhver anden med det her ben. Jeg kan endda cykle og løbe,« fortæller han. Det er rigtigt. Når man ser ham bevæge sig rundt i sin stue med sit barn på armen, sker det lige så hurtigt og ubesværet som et menneske med to naturlige ben.

En elektrisk olie

Benet kaldes Rheo Knee og er lavet af det islandske firma Ossur. Her forklarer Kim De Roy, der har været med til at udvikle benet, at de startede med at studere, hvordan gang fungerer. Gammeldags knæproteser forsøgte at efterligne det med for eksempel hydraulik. Men hydraulik fungerer langsommere end et naturligt ben, og der er stor modstand i systemet.

For at løse det problem konstruerede Ossur en cylinder med nogle meget fine blade i. Inde i cylinderen sidder en stang med lignende fine blade, som går ind imellem cylinderens blade. Hele cylinderen er fyldt med en olie, der indeholder masser af jernfibre. Når man sætter strøm gennem cylinderen, så klumper fibrene sig sammen og øger modstanden.

Systemet har den enorme fordel, at det både kan justere modstand meget præcist, og så kan det gå fra nul til maksimal modstand hurtigere, end vores muskler kan.

Et tænkende ben

Det oliedæmpede ben løste de mekaniske problemer, men der er også et andet problem: hvornår skal der være modstand på benet, og hvor meget modstand?

Det er især her, at Rheo knæet er smart. Benets computer har en model af, hvordan gang fungerer. Samtidig iagttager benet via nogle sensorer brugeren, så det »ved«, hvad brugeren laver og kan justere sig selv på en passende måde

Alle mennesker går nemlig forskelligt - og hvert menneske har mange forskellige måder at gå på. Så det nytter ikke noget, hvis folks kunstige ben kun kan gå på en måde. Derfor iagttager Anton Tryggvasons ben ham og lærer efterhånden hvilke forskellige måder, han går på.

Så kan det vælge hvor meget modstand, der skal lægges i benet på hvilket tidspunkt.

»Jeg føler mig meget tryg med det ben her,« forklarer Anton »det klapper ikke pludselig sammen eller får mig til at snuble.«

Et stort problem med gammeldags proteser er netop utryghed. Hvis brugeren er startet på et skridt og pludselig skal støtte med benet, så vil et gammeldags ben nogle gange bøje sammen. Rheo knæet »forstår«, at det er en uventet bevægelse og reagerer med at blive helt stift - præcist som vores muskler gør i samme situation.

Selvom Rheo knæet er dybt avanceret, så er det også simpelt. Man tager det på, og så fungerer det uden yderligere input fra brugeren. Det er ikke integreret i brugeren eller får input fra hans nervesystem. Så det kan ikke styres - det styrer sig selv.

Det er ikke nok for Jesse Sullivan. Han er 55 år og fra den amerikanske stat Tennessee. Han har arbejdet som elektriker og mistede begge arme ved skulderen, fordi han kom til at gribe fat i en strømførende ledning med 7000 volt.

Når man slet ikke har nogen armstump tilbage, så er det meget vanskeligt at bruge proteser. En håndprotese kan for eksempel aktiveres af muskler i armen og fungerer forholdsvis godt. Men i Jesse Sullivans tilfælde har han været nødt til at bruge proteser, som skal styres med hagen via et panel oppe på skulderen - et besværligt og frustrerende arrangement.

Det var indtil, han mødte lægen Todd Kuiken. Kuiken forsker i et meget vanskeligt område, nemlig hvordan man får menneskets egne nerver til at styre proteser.

Hans vision er, at det en dag bliver muligt at styre proteser lige så naturligt, som vi i dag styrer vores naturlige lemmer. Men det kræver en meget besværlig sammenkobling af de rigtige nervetråde med elektronik - en teknologi man stadig er et stykke vej fra at mestre.

En hånd i brystet

I Sullivans tilfælde har han forsøgt sig med en mellemting. Det er nemlig lykkedes ham via mikrokirurgi at flytte nogle af de nerver, som Sullivan brugte til at styre sine arme med, ned på brystet af ham. Det er fantastisk, fordi nerverne er tyndere end menneskehår, og alene at finde de rigtige nerver er en bedrift - at flytte dem fra skulderen ned på brystet er et vidunder af præcision.

Det lykkedes dem så godt, at nerverne har spredt sig og groet sammen med de nerver, som Sullivan i forvejen havde på brystet. Det gav den uventede gevinst, at Sullivan nu også kan føle med de flyttede nerver.

Så nu har han en hånd på brystet - eller rettere hans nervers billede af den. Sullivan og Kuiken demonstrerede på fremtidskonferencen Poptech2005, hvordan det virker. Her kunne Kuiken berøre forskellige dele af et lille område på Sullivans bryst, og så kunne Sullivan fortælle, at nu rørte han ved ydersiden af lillefingeren, håndroden eller tommeltotten.

Selvom det er Sullivans bryst, han berører, så føles det for Sullivan, som om det er hans forsvundne hånd, der bliver rørt ved. Hans hjerne kan huske, hvor nerverne førte hen og fortolker inputtet fra dem, som om han stadig har en hånd.

Det er lidt uhyggeligt, men en stor fordel i forbindelse med en protese. Styrenerverne kan nemlig også bevæge musklerne på hans bryst, så når Sullivan tænker på at bevæge sin pegefinger, så vil en bestemt lille muskelgruppe på brystet trække sig sammen.

Det kan man aflæse via en muskelsensor og sende signalet videre til en kunstig hånd. Den kunstige hånd vil så bevæge sig, når Sullivan tænker på at bevæge sin naturlige - men ikke eksisterende - hånd.

Det er stadig et stykke vej fra en ideel protese, men det er et gigantisk fremskridt for Sullivan. Teknologien er stadig kun en prototype - de arbejder blandt andet videre på en version, hvor hans kunstig hånd også kan føle. Den skal så sende signaler tilbage til den del af hans bryst, som tror, det er en hånd. Så vil han kunne mærke, om han har fat i noget, hvor blødt det er, og hvor hårdt han selv trykker.

Tood Kuiken har endnu ikke koblet nerver direkte sammen med elektronik. Men den mellemting, han har lavet, giver Jesse Sullivan meget bedre mulighed for at bruge sine kunstige arme.

De blinde kan se

Patrick Degenaar vil ikke bare koble nerver og elektronik. Han vil erstatte nerver med elektronik.

Han er læge og forsker i det, man kalder neurobionics på Imperial College i London. Han vil gerne lave noget, som sandsynligvis er verdens mindste protese: en lille plade på størrelse med enden af en tændstik og lidt tyndere end et hår.

Pladen er en kunstig nethinde. Den skal erstatte det lille centrale stykke af nethinden, der er ansvarlig for den del af vores syn, som vi fokuserer med. Degenaar vil gerne behandle sygdommen makulær degeneration, som er en aldersbetinget sygdom, hvor nethindens celler begynder at dø fra midten og ud. Folk får en blind plet midt i øjet og bliver efterhånden helt blinde. Det er den mest almindelige grund til blindhed blandt ældre mennesker.

Det siger sig selv, at det er rasende svært. Vi forestiller os nok ofte øjet som noget i stil med et videokamera, der er koblet til vores hjerne. Men det er helt forkert, forklarer Patrick Degenaar.

I virkeligheden er vores øjne en integreret del af vores hjerne. Den omfattende bearbejdning af synsindtrykket, som sker i hjernen, starter allerede i de første lag af nerveceller i øjet.

Problemet for Degenaar er, at nogle af de nerveceller, som dør, også er dem, der bearbejder synsindtrykket. Derfor arbejder han på at lave en chip, der både kan opfange lyset, men også imitere den synsbearbejdning, som de naturlige nerveceller ville have lavet.

Chippen skal være lavet på sådan en måde, at den kan lægges ned oven i de gamle nerveceller og kommunikere med dem videre til hjernen. Den skal også selv kunne skaffe sig energi. Her forsøger man sig med såkaldte vampyrbatterier. Det hedder de, fordi de skal suge energi ud af øjets egen forsyning af sukker og ilt.

Desværre er der lang vej endnu, før der er en færdig version, der kan gøre de blinde seende.

Næste skridt for Ossur er at lave et nyt knæ med en indbygget kraftikilde - en muskel om man vil - så det kunstige ben også kan bøje sig selv på en passende måde. Med den version af Rheo knæet vil brugerne kunne gå op ad trapper på en naturlig måde.

Links:

rheo knæet - Ossur: www.ossur.com

Todd Kuiken og Jesse Sullivan: www.ric.org

Patrick Degenaar og Imperial College Neurobionics afdeling: www3.imperial.ac.uk/biomedeng/research/bionics