den 19 mars 2026
Direktlänk till nervsystemet kan ge mer naturliga benproteser
En forskargrupp ledd av forskare från Chalmers har för första gången lyckats avkoda benrörelser direkt från kvarvarande nerver hos personer med amputationer ovanför knät. Med ett neuroteknologiskt implantat och en AI-metod baserad på nervsystemets "språk" kunde forskarna tolka detaljerade rörelser som tidigare varit omöjliga att avkoda – till och med viljan att vicka på tårna. Studien banar väg för framtida benproteser som både känns och fungerar mer som en naturlig del av kroppen.
Att hjälpa amputerade människor till ett fungerande liv med hjälp av protester som användaren själv kan kontrollera har länge varit ett angeläget mål inom biomedicinsk forskning.
Inom sjukvården idag styrs ofta protester för arm- och handamputerade via den amputerade kvarvarande muskeln, som fortfarande aktiveras av nervsignaler från hjärnan. Men det kräver att de relevanta musklerna för rörelse fortfarande finns kvar, vilket gör att muskelbaserad kontroll inte fungerar vid större amputationer. För benamputerade är det i stället vanligt med proteser baserade på mekaniska system och inbyggda sensorer för automatisk anpassning till gång, utan någon aktiv kontroll från användaren.
I en ny publicerad i Nature Communications studier fokuserar forskargruppen på att direkt utnyttja de nervsignaler som fortfarande är aktiva efter en amputation.
– När du säger till din kropp att röra sig skickas signaler genom nerverna till musklerna – även som utför rörelsen om kroppsdelen inte längre finns kvar. All information som behövs finns inuti nerverna, den stora utmaningen är att utvinna informationen och förstå den neurala koden bakom den. Och det har varit vårt fokus i studierna, säger Giacomo Valle, biträdande universitetslektor vid Chalmers och en av studiernas seniora författare.
Läser av signaler direkt inifrån nerven
Att kunna läsa av och tolka rörelsesignaler direkt från nerver beskriver Giacomo Valle som en nyckel för att i framtiden kunna skapa mer följsamma protester.
– Om ett implantat kan anslutas direkt till återstående nerver, i stället för genom kvarvarande muskler, kan exakt samma signaler användas som vi naturligt använder för rörelse. Det banar väg för proteser med både enastående naturlig kontroll och sensorisk återkoppling*, säger han.
Men att utvinna nervsignaler direkt från amputerades återstående nerver är oerhört svårt. Väldigt få studier har lyckats, och allt har haft fokus på armar eller händer – trots att de flesta som lever med amputation har förlorat ett ben. Forskningen försvåras av att de nerver som finns kvar efter en amputation är svaga och svåra att tolka på ett tillförlitligt sätt.
Den här utmaningen har forskargruppen lyckats möta med hjälp av ett helt nytt angreppssätt med fokus på benamputerade, där ett neuroteknologiskt implantat i kombination med en ny AI-baserad algoritm spelar huvudrollerna.
Samma typ av neuralt implantat har tidigare använts inom protesforskning, men enbart för att stimulera kvarvarande nerver så att känseln kan återfås. I denna studie lyckades forskarna även använda teknologin för att läsa av nervsignaler på ett precist och kontrollerat sätt.
I nästa steg använde forskarna en ny, AI-baserad teknik för att tolka de registrerade nervsignalerna. Den bygger på så kallade spikande neurala nätverk (SNN), som skiljer sig från traditionella AI-nätverk – som exempelvis används i Chat GPT eller vid bildigenkänning – genom att informationsöverföringen sker genom korta, tidsbegränsade signaler – spikar – i stället för via matematiska värden.
Därmed efterliknar de hur biologiska hjärnceller – neuroner – fungerar, förklarar Elise Donati, professor vid Zürichs universitet och ETH Zürich, och studiens andra seniora författare.
– Vår studie visar att avkodningen av perifera nerver** fungerar som bäst om den tar hänsyn till nervsystemets eget språk. Perifera nerver kommunicerar genom nervimpulser, eller spikar, och spikande neurala nätverk är därför naturligt lämpade för att bearbeta den här typen av signaler. Med den här metoden, där vi anpassade beräkningarna efter biologin, kan vi effektivt tolka de avsedda rörelserna med hjälp av kompakta modeller som inte kräver några omfattande datamängder. Det är ett viktigt steg mot energieffektiva, helt implanterbara system för en mer naturlig styrning av protester, säger Elise Donati.
Tolkar detaljerade rörelser – och ger känsel tillbaka
Försöken i studien genomfördes på två personer med amputation ovanför knät. Fyra elektroniska, neurala implantat – lika tunna som ett hårstrå och både flexibla och töjbara – placerades inuti en gren av ischiasnerven som spelar en central roll för benrörelser och känsel. När personerna ombads att försöka röra sitt ”fantomben” på olika sätt kunde forskarna registrera de nervsignaler som skickades ut, och därefter avkoda dem med stor precision med hjälp av den AI-baserade algoritmen.
– Vi visar för första gången att det går att använda signaler direkt från nerver för att tolka benrörelser hos amputerade. Med det här tillvägagångssättet kunde vi förstå hur de olika nervsignalerna relaterade till de olika rörelserna, och med hög träffsäkerhet förutse vilka rörelser som personerna försökte göra, säger Giacomo Valle.
Metoden ger möjlighet att tolka mycket specifika benrörelser för knän, fotled och tår – även sådana som tidigare inte har gått att avkoda.
– Studien ger en unik inblick i hur nervsystemet överför information. Vi har knäckt koden för nervernas kommunikation, och visat att det går att tolka detaljerade benrörelser även vid amputationer där större delen av benet är borta. Det var fantastiskt att se hur elektroder som placerades högt upp i ett kvarvarande ben kunde avkoda försök att vicka på tårna, säger Giacomo Valle.
Enligt forskargruppen är ytterligare en fördel att teknologin kan användas både för muskelstyrning och känsel – dessutom via ett och samma implantat. Hittills har flera olika implantat krävts för att en protes både ska kunna ge rörelse och känsel.
– Systemet i vår studie är dubbelriktat. När du väl har elektroderna inuti nerven kan de användas för att kommunicera med nervsystemet, i bägge riktningar. Så för första gången gör neuroteknologi det möjligt att använda ett enda implantat för att uppnå både naturlig kontroll och sensorisk återkoppling, säger han.
Vill utveckla och testa på verkliga proteser
Studien är ett så kallat ”proof of concept” – ett konceptbevis som prövar en teknik för att visa att den är genomförbar – och nästa steg är att testa den på verkliga proteser. Enligt Giacomo Valle är resultaten särskilt betydelsefulla för utvecklingen av benproteser, men han utesluter inte att metoden även skulle kunna användas för andra typer av proteser i framtiden.
– Jag tror att resultaten verkligen kan förändra forskningsfältet. Nästa steg är att använda teknologin för att utveckla och testa en benprotes som användaren direkt kan styra och som skickar känselsignaler tillbaka, säger han.
* Sensorisk återkoppling är den information som hjärnan ständigt tar emot från kroppens sinnesorgan om kroppens tillstånd och omgivningen. Det är hjärnans sätt att "känna" vad kroppen gör och var den är, vilket gör att vi kan interagera med världen på ett smidigt och säkert sätt.
** Perifera nerver är nervtrådar som finns utanför hjärnan och ryggmärgen.
Mer om forskningen
"Studien Decoding phantom limb movements from intraneural recordings" har publicerats i Nature Communications. Författarna är Cecilia Rossi, Marko Bumbasirevic, Paul Čvančara, Thomas Stieglitz, Stanisa Raspopovic, Elisa Donati och Giacomo Valle. Forskarna är verksamma vid Chalmers tekniska högskola, Zürichs universitet och ETH Zürich i Schweiz, Belgrads universitet i Serbien, Freiburgs universitet i Tyskland och Medicinska universitetet i Wien, Österrike.
Artikel: https://www.nature.com/articles/s41467-026-69297-0
Källa: Chalmers tekniska högskola.
Annonser
