Waarom Adrianne Haslet-Davis kan dansen op bionische benen

15 April 2013, Boston Marathon. Vlak voor de finishlijn gaan er twee geïmproviseerde  bommen af twee uur nadat de winnaar de streep gepasseerd is. In de daarop volgende 3,5 seconden worden drie mensen van hun leven beroofd en vallen er ruim 260 gewonden. In een mum van tijd circuleren er foto’s rond op de sociale media waarop de schade duidelijk zichtbaar is. Op verscheidene plekken liggen mensen op het asfalt omringd met diep rode bloedvlekken waarbij weggeblazen ledematen zorgen voor een luguber aanzicht.

Verschillende mensen hebben die dag benen verloren zo ook Adrianne Haslet-Davis, een getalenteerde en ambitieuze danseres. Intuïtief zou je wellicht denken dat dit het einde van haar carrière als danseres moet zijn geweest. Hugh Herr dacht daar echter anders over. Als hoofd van de Massachussets Institute of Technology (MIT) Media Lab Biomechatronics groep slaagde hij er samen zijn team in om in 200 dagen een zeer geavanceerde prothese te creëren die Adrianne weer stevig met beide benen op de dansvloer zette. Een bijzonder verhaal dat  onze kennis over de werking van het brein, onze zenuwen en spieren, die in mijn vorig artikel naar voren zijn gekomen, combineert met de hedendaagse technologische ontwikkelingen en mogelijkheden. Laat je hier daarom boeien door de vraag WRM Adrianne zo soepel op haar prothese kan bewegen.

Biomechatronics
Het lijkt een term uit een futuristische sciencefiction film waarin robots de wereld overnemen, maar niets is minder waar. Het is een onderzoeksgebied dat zich bezig houdt met het bestuderen van biologische systemen en de technologische toepassing daarvan. Met de gedachte dat een wereld zonder handicaps haalbaar moet zijn en we de functionaliteit van het menselijk lichaam zouden moeten kunnen optimaliseren, houdt het team van Hugh Herr zich bezig met het ontwerpen en creëren van kunstknieën, -benen en –enkels die zo natuurlijk mogelijk bewegen. Dat ze hier al behoorlijk ver in zijn blijkt wanneer Hugh Herr, die zelf beide benen verloor na een ongeluk in de bergen, tijdens zijn TED Talk moeiteloos heen en weer loopt op zijn bionische benen. Toch zit het proces ,dat vooraf gaat aan het tot stand laten komen van dergelijke hightech prothesen, vol met uitdagingen die op te splitsen zijn in drie categorieën.

Blaren-proof
Allereerst moet een prothese lekker zitten. Net als een schoen die blaren geeft, zal een oncomfortabele prothese altijd met tegenzin gedragen worden. Om dit te voorkomen probeert men vanuit een mechanisch aspect uit te vogelen hoe prothesen het beste aan het lichaam vast gemaakt kunnen worden. Een essentieel onderdeel hierbij is het bepalen van de exacte vorm van het overgebleven deel van het oorspronkelijke been. Naast het gebruik van fMRI scans, stelt een spoel van speciale drijfveren het MIT lab in staat om de vorm van de ledemaat op ieder anatomisch punt tot in de precisie op te meten. Daarnaast heeft het MIT lab een manier gevonden om prothesen met synthetische huid vast te maken om comfort te bevorderen.

Puur natuur
Daarnaast wordt er gestreefd naar het ontwerpen van prothesen die de beweging van natuurlijke benen zo nauwkeurig mogelijk nabootsen. Om dit punt te bereiken wordt door Hugh Herr’s team de dynamiek van het menselijk lichaam aandachtig bestudeerd. Voor de prothese van Adrianne is bijvoorbeeld een professionele danser ingeschakeld om  typische bewegingen tijdens het dansen door middel van speciale apparatuur te registreren. Haar prothese is door dergelijke inzichten zodanig ontworpen dat de gewenste bewegingen geoptimaliseerd kunnen worden.

Elektrische connecties
Ten slotte moeten de prothesen uiteraard aangestuurd worden om de juiste bewegingen teweeg te brengen. Hierin ligt de elektrische uitdaging. Zoals uit mijn vorige artikel bleek, worden spieren via zenuwuiteinden aangestuurd vanuit het brein. Deze communicatie komt tot stand door elektrische pulsen die doorgegeven worden van hersencellen op zenuwcellen op spieren. In het MIT lab worden elektrische pulsen in de spieren gemeten en ook wordt er gekeken naar wat er in het brein en spieren gebeurt wanneer we bewust of in een reflex nadenken over het bewegen van onze benen. Op deze manier zijn voorgeprogrammeerde chips tot stand gekomen die accuraat reageren op de elektrische pulsen die in de spieren voorkomen wanneer een individu denkt aan lopen. Deze pulsen worden door elektroden opgevangen die in de prothese verwerkt zijn waardoor de prothese als het ware connectie maakt het zenuwstelsel en indirect dus met het brein. Ondanks dat dit in mijn ogen al een hoge wauw-factor heeft, streeft team Hugh Herr ernaar om mensen prothesen niet als zodanig te laten ervaren, maar een punt te bereiken waarbij prothesen daadwerkelijk als echte ledematen voelen. We spreken dan al gauw over prothesen met groeiende zenuwen die vasthechten aan al bestaande zenuwen in het lichaam. Dat klinkt pas als een futuristische sciencefiction film.

En toch hadden we tien jaar geleden waarschijnlijk nooit gedacht dat een mens met een prothese zou kunnen dansen. Adrianne heeft echter met behulp van een knap staaltje bionische technologie het tegendeel bewezen en daarmee een statement gemaakt dat we eigenlijk al niet meer in een wereld leven waar beperkingen automatisch een handicap betekenen. Zeker niet wanneer deze beperkingen ons door toedoen van gewelddadige aanslagen worden opgelegd.

Bron Afbeelding: Ryan Lash