V budoucnu bude možné nabídnout protézu ruky pacientovi ochrnutému po mozkové mrtvici na polovinu těla a pacient by ji mohl užívat a vnímat jako vlastní paži. Ochrnutá končetina přitom pacientovi zůstane. Dovedeme si také představit, že lidé budou v náročných pracovních situacích využívat další paži. Využijí ji například požárníci při hašení požáru nebo zdravotníci zachraňující životy při bojových akcích,“ říká neurolog Henrik Ehrsson ze stockholmského Karolinska Institutet.
Vrozený „plán“ symetrického těla Opravdu se člověk dokáže sžít s třetí rukou? Na první pohled se to zdá neuvěřitelné. Každý z nás je od narození zvyklý na symetrické tělo. To je výsledkem komplikovaného vývoje řízeného speciálními geny. Stejné geny zároveň řídí i vývoj nervového systému. Mozek a tělo se vyvíjejí ruku v ruce. Pravá a levá paže, pravá a levá noha jsou ovládány svými vlastními centry v mozku.
Jak pevná je vazba mezi mozkovým centrem a „jeho“ končetinou, dokazují případy pacientů, kteří po amputaci i nadále cítí bolest v chybějícím údu. Tak zvané fantomové bolesti vznikají v mozku, který si dosud nezvykl na ztrátu končetiny. Dokázalo by mozkové centrum s tak pevnou vazbou na ruku nebo nohu „adoptovat“ další končetinu, jež je tělu úplně cizí a nezapadá do přirozeného „plánu“ lidského organismu? Neurologové se střetávají s pacienty, kteří po poškození mozku trpí mylným pocitem, že získali další nadbytečnou končetinu. Jak mozek k téhle představě dojde, není jasné. Neurology však podobné případy přesvědčily, že „adopce“ další končetiny mozkem je možná.
Ošálený mozek V roce 1998 provedli američtí psychiatři Matthew Botvinick a Jonathan Cohen v laboratořích pensylvánské Carnegie Mellon University zajímavý experiment. Dobrovolníka posadili ke stolku a nechali jej položit levou ruku na desku. Pak umístili na stůl zástěnu tak, aby dobrovolník svou paži a ruku neviděl. Místo ní položili na stůl věrnou kopii lidské ruky a paže vyrobenou z gumy. Falešná ruka ležela v takové pozici, jako kdyby vyrůstala z dobrovolníkova ramene. Pak vědci vzali dva štětce. Jedním přejížděli jemně po kůži dobrovolníkovy ruky za zástěnou. To dobrovolník neviděl. Zato mohl na vlastní oči pozorovat, jak druhý vědec přejíždí navlas stejnými pohyby štětce po povrchu gumové ruky.
Po deseti minutách se dostavila u dobrovolníků iluze, že svou ruku opět vidí. „Zavrhli“ v duchu vlastní končetinu skrytou za zástěnou a ztotožnili se s gumovou rukou, kterou měli na očích. Když měl například dobrovolník ukázat ukazováčkem pravé ruky na svou levou ruku, posouval pravačku tak, aby prsty směřovaly na gumovou atrapu.
„Zjistil jsem, že se dívám na gumovou ruku a jsem přesvědčený, že je to ve skutečnosti moje vlastní ruka,“ prohlásil jeden z dobrovolníků. Dobrovolníci získali pocit, že mají tři ruce Švédští neurologové pod vedením Henrika Ehrssona provedli podobný pokus jako Botvinick s Cohenem. Rozdíl byl v tom, že jejich dobrovolníci neměli vlastní ruku schovanou za zástěnou. Viděli, jak svou vlastní ruku, tak i gumovou ruku, která byla položena na stůl, jako kdyby to byla jejich druhá pravačka. Pak začali vědci dobrovolníkovi opět dokonale synchronizovanými pohyby štětce hladit jako jeho vlastní ruku i gumovou atrapu. Mozek švédských dobrovolníků byl postaven před dilema. Která ruka je skutečně jeho a která je jen umělá atrapa? Vědci předpokládali, že mozek přijme za svou jen jednu ruku, a tipovali si, že dá přednost „živé“ ruce před gumovou napodobeninou. „K našemu velkému překvapení vyřešil mozek dobrovolníků tuto situaci tak, že přijal za vlastní obě pravé ruce a vnímal je jako součást vlastního těla. Dobrovolníci získali pocit, že mají tři ruce,“ popisuje výsledky experimentů zveřejněné ve vědeckém časopise PLoS ONE člen výzkumného týmu Arvid Guterstam. Sílu osvojení gumové ruky změřili vědci v dalším experimentu, při kterém ohrožovali jak dobrovolníkovu vlastní ruku, tak i gumovou atrapu ostrým kuchyňským nožem. Síla strachu se projevovala pocením dlaně, které vědci měřili. Dobrovolníci se báli stejně, bez ohledu na to, zda nůž mířil na jejich ruku, nebo zda směřoval proti gumové náhradě. To platilo jen u dobrovolníků, kteří po hlazení rukou štětcem přijali gumovou atrapu jako třetí končetinu. Když dobrovolník viděl mířit nůž na gumovou ruku, kterou ve svém mozku ještě „neadoptoval“, nechalo ho to v naprostém klidu.
Paže pro výbušninu Prototypy končetin, které by mohl náš mozek „adoptovat“, už vznikají ve vědeckých laboratořích. Například neurolog Miguel Nicolelis na Duke University v americkém Durhamu vybavil opice robotickou paží a naučil zvířata tuto končetinu ovládat.
Na začátku sledovali vědci velmi pečlivě aktivitu mozku opic při nejrůznějších pohybech ruky a zjistili, jaký je úkol jednotlivých nervových buněk řídicího mozkového centra. Následně voperovali opicím do mozku elektrody, které snímaly vzruchy z těchto neuronů. Zachycené signály putovaly do počítače, který je „přečetl“ - vyvodil z nich, jaký pohyb chce opice rukou provést. Dalším krokem byl „překlad“ těchto signálů do výkonných povelů pro robotickou ruku schopnou provádět stejné pohyby jako opičí ruka.
Následovala kritická fáze celého experimentu. Vědci přivázali opici její vlastní ruku k tělu, aby s ní nemohla pohybovat, a místo ní nabídli zvířeti robotickou paži, která reagovala na jeho myšlenky adresované vlastní končetině. Opice nedokázala přivázanou rukou pohnout, ale dokázala si její pohyb představit. Robotická ruka tuto představu velmi přesně realizovala. Opice tak mohla sahat robotickou paží, jež poslouchala její myšlenky. Pro zvíře nebyl po určitém tréninku problém sáhnout například pro jablko a podat si ho.
Nicolelis chce vytvořit protézy, které by doslova dělaly pacientovi pomyšlení. Věří, že podobné paže ovládané myšlenkami budou moci provádět na dálku velmi jemné operace.
Takové umělé robotické končetiny by mohl použít například pyrotechnik pro bezpečné zneškodnění nastraženého výbušného systému. Jak dokazuje pokus Ehrssonova týmu, lidé si mohou takové robotické končetiny dokonale osvojit a vnímat je jako nedílnou součást svého těla.
***
Umělá robotická ruka může posloužit nejen tělesně postiženým, ale i pyrotechnikům při zneškodňování výbušných systémů. Vědci proto zkoumali, zda mozek dokáže třetí ruku považovat za vlastní.
O autorovi| JAROSLAV PETR, Autor je profesorem České zemědělské univerzity a pracuje ve Výzkumném ústavu živočišné výroby v Praze-Uhříněvsi
