ऊतक क्षति से पहले चेतावनी देता है सॉकेट सेंसर

कृत्रिम अंग का सॉकेट एक कसा हुआ, भार सहने वाला प्याला होता है। जो व्यक्ति अवशिष्ट अंग पर चलता है, उसके लिए वही प्याला एक जोखिम भी है। बहुत देर तक बना रहने वाला दबाव, या त्वचा के गलत हिस्से पर केंद्रित दबाव, उस ऊतक को नुकसान पहुंचा सकता है जो पहले ही अंग-विच्छेदन, उपचार और लाइनर की रोजमर्रा की रगड़ से गुजर चुका है। झेजियांग यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने एक जैव-अनुकारी सेंसर परत बनाई है, जिसे कृत्रिम अंग के सॉकेट के भीतर लगाकर अवशिष्ट अंग की त्वचा को नुकसान पहुंचाने वाले दबाव का पता लगाया जा सकता है। ScienceAlert ने Cyborg and Bionic Systems में प्रकाशित अध्ययन के आधार पर यह जानकारी दी।

यह काम कोई नया हाथ या नया पैर नहीं है। प्रोटोटाइप पूरा कृत्रिम अंग नहीं है। यह एक संवेदनशील शीट है। यह दर्ज करती है कि सॉकेट कहां दबा रहा है, कितने जोर से और कितनी देर तक। यही तीन तथ्य उस सॉकेट के बीच का अंतर बनाते हैं जो केवल अंग को थामे रहता है और उस सॉकेट के बीच का, जो ऊतक क्षति से पहले चेतावनी दे सकता है।

अंग नहीं, एक परत

दर्द-प्रेरित इलेक्ट्रॉनिक्स पर शोध-पत्र पढ़ते समय यह कल्पना करना आसान है कि कोई बायोनिक हाथ संकेत मिलते ही झटके से पीछे हटता है। झेजियांग की टीम ने ऐसा नहीं बनाया। यह उपकरण अवशिष्ट अंग और सॉकेट की दीवार के बीच की जगह में रहता है। इसका काम संपर्क पर नजर रखना है। यह अंग, सॉकेट या उन्हें पहनने वाले व्यक्ति का स्थान नहीं लेता।

यह अंतर महत्वपूर्ण है, क्योंकि कृत्रिम अंगों पर शोध को अक्सर विज्ञान-कथा की तरह प्रस्तुत किया जाता है। एक पूरे कृत्रिम अंग को मोटर, नियंत्रण-प्रणाली, बाहरी आवरण और वर्षों में विकसित होने वाली चिकित्सकीय प्रक्रिया की जरूरत होगी। सेंसर परत अधिक पतली हो सकती है, उसके संस्करणों को बनाना सस्ता हो सकता है और उसे उन जगहों पर रखना आसान हो सकता है जहां सॉकेट पहले से लोगों को परेशानी देते हैं: किनारे पर, दूर वाले सिरे पर, हड्डी की उभरी हुई धार पर, या उस जगह पर जहां लाइनर में सिलवट पड़ती है और गर्म, दर्दनाक बिंदु बनने लगता है।

ScienceAlert ने दावे को इसी सीमित दायरे में रखा। परत दबाव का संकेत देती है। यह त्वचा को ठीक करने, सॉकेट को फिर से डिजाइन करने या पहनने वाले की ओर से कुछ महसूस करने का दावा नहीं करती। Cyborg and Bionic Systems ऐसे दावों के लिए उपयुक्त जर्नल है: ऐसा हार्डवेयर जो जैविक विचार से प्रेरणा लेता है, लेकिन खुद को जीव समझने का दिखावा नहीं करता।

दो पथ, एक चेतावनी

प्रोटोटाइप अपना काम दो इलेक्ट्रॉनिक पथों में बांटता है।

एक हैप्टिक पथ स्थान और तीव्रता बताता है। यह मानचित्र है: यहां, इतना जोर। यह उस संकेत जैसा है जिसे कोई चिकित्सक या भविष्य का सॉकेट नियंत्रक चाल-विश्लेषण प्रयोगशाला में दबाव-चटाई के जरिए इस्तेमाल कर सकता है, फर्क सिर्फ इतना है कि इसे किसी रास्ते के नीचे नहीं, बल्कि सॉकेट के भीतर रहने के लिए बनाया गया है। तीव्रता के बिना स्थान केवल एक अफवाह है। स्थान के बिना तीव्रता ऐसा अंक है जिसका कोई पता नहीं। हैप्टिक पथ दोनों को साथ रखता है।

एक दर्द-प्रेरित पथ वह करता है जो हैप्टिक मानचित्र नहीं कर सकता। यह समय के साथ संकेतों को जोड़ता है और सिनैप्स-जैसे ट्रांजिस्टरों का इस्तेमाल करता है, जो चोट-जैसे इनपुट के बाद अधिक संवेदनशील हो जाते हैं। अवधि गणना में शामिल हो जाती है। थोड़ी देर का दबाव और लंबे समय का दबाव एक ही घटना नहीं हैं, भले ही गेज पर उनका अधिकतम स्तर समान दिखे। चोट-जैसे इनपुट के बाद ट्रांजिस्टर और संवेदनशील हो जाते हैं। यह जैविक आदत का मशीन संस्करण है: जो ऊतक पहले ही घायल हो चुका हो, उसे शिकायत करने के लिए उसी चोट की दोबारा जरूरत नहीं पड़ती।

यही दूसरा पथ है जिसकी वजह से शोध-पत्र नोसिसेप्शन की बात करता है। नोसिसेप्शन तंत्रिका-तंत्र का वह तरीका है जिससे वह हानिकारक या संभावित रूप से हानिकारक उद्दीपनों का पता लगाता है। यह दर्द महसूस करने के समान नहीं है। वरिष्ठ लेखक ने दोनों के बीच का अंतर साफ रखा।

उपकरण क्या महसूस नहीं करता

“यह उपकरण न तो दर्द महसूस करता है और न ही उपयोगकर्ता में दर्द पैदा करता है,” वरिष्ठ लेखक हुआपिंग वू ने ScienceAlert को बताया। “इसके बजाय, यह नोसिसेप्शन से जुड़ी सूचना-प्रसंस्करण की कुछ विशेषताओं को दोहराता है, जिनमें उद्दीपन सीमा, समयगत और स्थानिक संचयन, स्मृति और संवेदनशीलता-वृद्धि शामिल हैं।”

यह एक लंबा वाक्य और दावों की एक छोटी सूची है। उद्दीपन सीमाओं का अर्थ है कि प्रणाली कुछ इनपुट को नजरअंदाज करने योग्य और दूसरे इनपुट को संकेत देने योग्य मान सकती है। समयगत संचयन बताता है कि एक-पांचवां सेकंड और आधा सेकंड एक-दूसरे के बदले इस्तेमाल नहीं किए जा सकते। स्थानिक संचयन बताता है कि संकेतों को जोड़ते समय स्थान अब भी महत्वपूर्ण रहता है। स्मृति और संवेदनशीलता-वृद्धि का कारण यह है कि चोट-जैसा इनपुट खत्म होने पर भी उसे भुलाया नहीं जाता: ट्रांजिस्टर याद रखते हैं और अगली बार अधिक तत्पर हो जाते हैं।

वू का पहला वाक्य वह बात है जिसे इस शोध-पत्र के साथ हमेशा जोड़ा जाना चाहिए। “दर्द महसूस करने वाला” सेंसर एक सुर्खी है। सूचना-प्रसंस्करण की कुछ विशेषताओं को दोहराने वाला सेंसर एक उपकरण है। झेजियांग का प्रोटोटाइप दूसरी चीज है। यह अवशिष्ट अंग में दर्द नहीं डालता। यह किसी आंतरिक चेतना का दावा नहीं करता। यह उन कुछ नियमों की नकल करता है जिन्हें जैविक नोसिसेप्शन पहले से इस्तेमाल करता है और उन्हीं नियमों से तय करता है कि दबाव सामान्य सॉकेट संपर्क से चेतावनी में कब बदल गया है।

यह शब्दावली एक ऐसे रास्ते को भी बंद करती है जिसे कृत्रिम अंग पहनने वाले लोग बंद ही रखना चाहेंगे। सॉकेट के भीतर की ऐसी परत जो दर्द पैदा करे, सर्किट-डायग्राम के साथ क्रूरता होगी। वू ने कहा कि डिजाइन ऐसा नहीं है। उपकरण रिपोर्ट करता है। यह दंड नहीं देता।

एक रोबोटिक हाथ, एक दबाव, तीन समय

टीम ने इस विचार का परीक्षण एक रोबोटिक हाथ पर किया। इस्तेमाल किया गया दबाव 10 किलोपास्कल था। औद्योगिक भाषा में 10 किलोपास्कल मामूली आंकड़ा है, लेकिन त्वचा पर यह अर्थपूर्ण हो सकता है। बदला दबाव नहीं था। बदला समय था।

0.21 सेकंड तक 10 किलोपास्कल को हानिरहित माना गया। उसी दबाव के 0.49 सेकंड तक रहने पर हाथ पीछे हट गया। इसके बाद प्रणाली उस घटना के 0.06 सेकंड बाद पीछे हटी।

इन तीन संख्याओं को तालिका की तरह नहीं, एक क्रम की तरह पढ़ें। पहले उपकरण 10 किलोपास्कल के थोड़े समय वाले दबाव को स्वीकार्य मानता है। फिर उसी तीव्रता का लंबा दबाव स्वीकार्य नहीं रहता और हाथ पीछे खिंच जाता है। उसके बाद, चोट-जैसी घटना के बाद उसी तरह का इनपुट एक सेकंड के छोटे से अंश में पीछे हटने की प्रतिक्रिया पैदा करने के लिए पर्याप्त होता है। यह संवेदनशीलता-वृद्धि का वह रूप है जिसे अध्ययन दिखा सकता है: न मनोदशा, न शिकन, बल्कि प्रतिक्रिया की छोटी होती सीमा।

रोबोटिक हाथ का परीक्षण इस तर्क का साफ रूप है। रोबोट के पास अवशिष्ट अंग की त्वचा नहीं होती। उसके पास लाइनर, पसीना या हड्डी का उभार नहीं होता, जो दिन भर अवशिष्ट अंग के आकार में बदलाव के साथ अपनी जगह बदलता रहे। उसके पास नियंत्रित संपर्क और मापी जा सकने वाली पीछे हटने की प्रतिक्रिया होती है। 0.21 सेकंड / 0.49 सेकंड / 0.06 सेकंड का क्रम यह दिखाने का तरीका है कि दर्द-प्रेरित पथ केवल अधिकतम दबाव का अलार्म नहीं है। अधिकतम दबाव वाला अलार्म तीनों संपर्कों को एक जैसा मानता। इसने ऐसा नहीं किया।

समय वह चर है जिसे अधिकांश सॉकेट जांचों में पर्याप्त रूप से नहीं मापा जाता। फिटिंग कक्ष लाल निशान दिखा सकता है। वह हमेशा यह नहीं दिखा सकता कि उस निशान को बनने में कितना समय लगा। रोबोटिक क्रम उस अवधि-तर्क को स्पष्ट करता है, इससे पहले कि किसी से यह अपेक्षा की जाए कि वह परत अवशिष्ट अंग पर काम करे।

चार बिंदु, घुटने के नीचे के तीन सॉकेट

प्रयोगशाला के हाथ क्लिनिक नहीं होते। इस परत को घुटने के नीचे के तीन सॉकेटों में चार-चार बिंदुओं पर लगाया गया। घुटने के नीचे, या ट्रांसटिबियल, सॉकेट कृत्रिम अंगों में सबसे आम भार-सहने वाले संपर्कों में से हैं। वे ऐसे अवशिष्ट पिंडली-अंग के जरिए चलने का भार लेते हैं जिसमें हड्डी, मांसपेशी और त्वचा तो होती है, लेकिन उसकी संरचना उस पैर से मेल नहीं खाती जो व्यक्ति के पास पहले था। चार उपकरणयुक्त बिंदु सॉकेट के हर वर्ग सेंटीमीटर का पूरा दबाव-मानचित्र नहीं हैं। लेकिन वे एक व्यावहारिक सवाल पूछने के लिए पर्याप्त हैं: जब असुविधा थोड़े समय की हो और जब वह लंबे समय तक रहे, तो क्या परत उसका पता लगा पाती है?

इसने थोड़े समय की असुविधा वाली 86.4% घटनाओं और लंबे समय वाली 90.9% घटनाओं का संकेत दिया।

ये प्रतिशत ScienceAlert के विवरण में क्लिनिकल दृष्टि से सबसे महत्वपूर्ण नतीजा हैं। ये 100 प्रतिशत नहीं हैं। लेकिन सिक्का उछालने जितने अनिश्चित भी नहीं हैं। लंबे समय वाली घटनाएं — जो उस ऊतक के लिए सबसे अधिक मायने रखती हैं जिसे आराम का मौका नहीं मिल पाता — थोड़े समय वाली घटनाओं की तुलना में अधिक बार पकड़ी गईं। यह पैटर्न डिजाइन के अनुरूप है। जो पथ समय के साथ जोड़ता है, वह लंबे समय तक चलने वाली घटनाओं पर अधिक प्रभावी होना चाहिए। थोड़े समय की असुविधा कठिन होती है। वह सिलवट, पहनने की गलती या फुटपाथ के किनारे से उतरते समय पड़ा एक गलत कदम हो सकती है। फिर भी परत ने 86.4 प्रतिशत ऐसी घटनाओं का संकेत दिया, जबकि लंबे समय वाली घटनाओं में यह आंकड़ा 90.9 प्रतिशत रहा।

रिपोर्ट के अनुसार, अध्ययन इन आंकड़ों को किसी उपचार-निर्देश में नहीं बदलता। तीन सॉकेट और चार बिंदु प्रदर्शन के स्तर का नमूना हैं। वे दिखाते हैं कि जिस जैव-अनुकारी तर्क से रोबोटिक हाथ पीछे हटा, वही तर्क वास्तविक घुटने के नीचे वाले संपर्क में भी रह सकता है और उन घटनाओं को चिह्नित कर सकता है जिन्हें पहनने वाला असुविधाजनक कहेगा।

सॉकेट अवशिष्ट अंग की त्वचा को नुकसान क्यों पहुंचाते हैं

अवशिष्ट अंग की त्वचा सामान्य जगह की सामान्य त्वचा नहीं होती। उस पर अक्सर निशान होते हैं। वहां ग्राफ्ट किए गए हिस्से, कम संवेदना या अविश्वसनीय संवेदना हो सकती है। वह लाइनर, पसीने और बार-बार पड़ने वाले भार के साथ एक बंद जगह में रहती है। सुबह ठीक बैठने वाला सॉकेट दोपहर तक अलग महसूस हो सकता है, अगर अवशिष्ट अंग का आकार घट जाए। सोमवार को सही रहा मोजे की एक परत गुरुवार को गलत हो सकती है।

उस वातावरण में दबाव से होने वाली चोटें रहस्यमय नहीं हैं। वे भार, समय, गर्मी और ऐसी सतह का अनुमानित परिणाम हैं जो आसानी से यह नहीं बता सकती कि अब बहुत हो चुका है। सॉकेट पहनने वाले लोग इसके लिए अपनी भाषा रखते हैं: गर्म बिंदु, ऐसा लालपन जो समय पर फीका न पड़े, और छोटे घाव का वह खास डर जो कृत्रिम अंग को अलमारी में बंद रखवा सकता है। चिकित्सकों की भी अपनी भाषा है और उनके पास उपकरण हैं: पारदर्शी परीक्षण सॉकेट, दबाव-फिल्म, संरेखण में बदलाव, अतिरिक्त मोजे, नया लाइनर और नया सॉकेट जब पुराना सॉकेट अपनी उपयोगिता खो चुका हो।

लेकिन उनके पास हमेशा यह दर्ज करने का तरीका नहीं होता कि व्यक्ति वास्तव में चल रहा हो तो कहां, कितना जोर और कितनी देर तक दबाव पड़ रहा है। प्रयोगशाला की यात्रा एक तस्वीर है। सॉकेट में बिताया पूरा दिन एक फिल्म है। झेजियांग की परत उस फिल्म को तस्वीर लेने वाले हार्डवेयर के भीतर रखने का प्रयास है।

इस संदर्भ से ऐसा कोई परिणाम नहीं गढ़ा जा रहा जिसकी रिपोर्ट शोध-पत्र ने नहीं की। यही कारण है कि स्थान, तीव्रता और अवधि पर नजर रखने वाला सेंसर केवल इलेक्ट्रॉनिक्स की समस्या नहीं, बल्कि कृत्रिम अंगों की समस्या है। जैव-अनुकारी सेंसर परत उस चोट को लक्ष्य बनाती है जो शांत दबाव से शुरू होती है और घाव में बदल जाती है, क्योंकि कोई घड़ी नहीं देख रहा था।

सिनैप्स-जैसा, संवेदनशील नहीं

सिनैप्स-जैसे ट्रांजिस्टर वह घटक हैं जो दर्द-प्रेरित पथ को केवल स्विच की तरह नहीं, बल्कि जोड़ की तरह व्यवहार करने देते हैं। एक स्विच 10 किलोपास्कल पर सक्रिय हो जाता और घड़ी की अनदेखी करता। जोड़ समय की परवाह करता है। चोट-जैसे इनपुट के बाद वही ट्रांजिस्टर अधिक संवेदनशील हो जाते हैं, इसी वजह से 0.06 सेकंड केवल गोलाई की त्रुटि नहीं, बल्कि अर्थपूर्ण संख्या बन जाता है।

उन्हें सिनैप्स-जैसा कहना पदार्थ-विज्ञान से जुड़ा दावा है, चेतना से नहीं। वू ने इस रास्ते को पहले ही बंद कर दिया है। उपकरण महसूस नहीं करता। यह प्रक्रिया करता है। जिन विशेषताओं की यह नकल करता है — सीमाएं, समयगत और स्थानिक संचयन, स्मृति और संवेदनशीलता-वृद्धि — वे ऐसी विशेषताएं हैं जिन्हें हार्डवेयर में लागू किया जा सकता है, यदि हार्डवेयर अपना लाभ-स्तर बदल सके। इन्हीं के लिए ये ट्रांजिस्टर हैं।

इस शोध-पत्र में जैव-अनुकारी इसलिए एक विशिष्ट विशेषण है। प्रेरणा दर्द का मंचन नहीं, बल्कि नोसिसेप्शन की सूचना-प्रसंस्करण है। हैप्टिक पथ अब भी यह बताने का सामान्य संवेदन कार्य करता है कि दबाव कहां है और कितना है। दर्द-प्रेरित पथ यह बताने का कम सामान्य काम करता है कि वही दबाव बहुत देर तक बना हुआ है या किसी चोट के बाद बहुत जल्दी फिर लौट आया है।

यह विभाजन प्रोटोटाइप की सीमाओं को भी स्पष्ट करता है। एक पूरे कृत्रिम अंग को चेतावनी मिलने पर तय करना होगा कि क्या करना है: रुकना, भार बदलना या बोलकर बताना। इस परत का पहला काम केवल चेतावनी उपलब्ध कराना है। रोबोटिक हाथ का पीछे हटना यह दिखाता है कि चेतावनी किसी कार्रवाई को चला सकती है। घुटने के नीचे वाले सॉकेट के भीतर बताई गई कार्रवाई एक संकेत है — थोड़े समय की असुविधा वाली 86.4 प्रतिशत घटनाएं और लंबे समय वाली 90.9 प्रतिशत घटनाएं — अपने-आप चलने की बदलती शैली नहीं।

वायरलेस, चिकित्सा-स्तर का और बड़ा

वू ने कहा कि वायरलेस, चिकित्सा-स्तर का संस्करण और बड़े परीक्षण अभी आवश्यक हैं।

यही वाक्य इस कहानी की सीमा तय करता है। ScienceAlert ने जिस प्रोटोटाइप का वर्णन किया है, वह इतना प्रयोगशाला-आधारित और छोटा है कि लेखक इसे उत्पाद बताने का दिखावा नहीं करेंगे। वायरलेस इसलिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि सॉकेट से बाहर जाती केबल अटक सकती है, पसीने से प्रभावित हो सकती है और खराब हो सकती है। चिकित्सा-स्तर इसलिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि अवशिष्ट अंग की त्वचा पर बैठने वाली परत को सफाई, बार-बार पड़ने वाले भार और इस अपेक्षा का सामना करना होगा कि वह चकत्ते, नुकीले किनारे या शॉर्ट-सर्किट का कारण न बने। बड़े परीक्षण इसलिए जरूरी हैं, क्योंकि घुटने के नीचे के तीन सॉकेट और चार बिंदु दुनिया में मौजूद अवशिष्ट अंगों, गतिविधि-स्तरों या सॉकेट डिजाइनों की विविधता का प्रतिनिधित्व नहीं कर सकते।

जब तक ये तीनों बातें पूरी नहीं होतीं, ईमानदार निष्कर्ष वही है जिसे अध्ययन पहले ही समर्थन देता है। झेजियांग यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने कृत्रिम अंग के सॉकेट के भीतर लगाने के लिए एक जैव-अनुकारी सेंसर परत बनाई। ScienceAlert ने इसे Cyborg and Bionic Systems के आधार पर रिपोर्ट किया। यह परत कोई अंग नहीं है। यह दबाव के स्थान, परिमाण और अवधि पर नजर रखती है। इसमें एक हैप्टिक मानचित्र और दर्द-प्रेरित जोड़ है। इस जोड़ में ऐसे सिनैप्स-जैसे ट्रांजिस्टर हैं जो चोट-जैसे इनपुट के बाद अधिक संवेदनशील हो जाते हैं। रोबोटिक हाथ पर 10 किलोपास्कल दबाव 0.21 सेकंड तक हानिरहित था, 0.49 सेकंड पर पीछे हटने का कारण बना और उस घटना के बाद 0.06 सेकंड में पीछे हटने की प्रतिक्रिया हुई। घुटने के नीचे के तीन सॉकेटों में चार बिंदुओं पर इसने थोड़े समय की असुविधा में 86.4% और लंबे समय की असुविधा में 90.9% घटनाओं का संकेत दिया। यह दर्द महसूस नहीं करता और दर्द पैदा नहीं करता। यह नोसिसेप्शन के कुछ नियमों की नकल करता है। बाकी सब अभी बनाया जाना है।

बाकी हिस्सा यह तय करेगा कि यह शोध-पत्र बना रहता है या फिटिंग-कक्ष का उपकरण बनता है। वायरलेस, चिकित्सा-स्तर का संस्करण इंजीनियरिंग का प्रश्न है। बड़े परीक्षण लोगों का प्रश्न हैं — अधिक सॉकेट, अधिक अवशिष्ट अंग और प्रदर्शन में संभव घंटों से अधिक समय तक चलना। वू ने दोनों आवश्यकताएं बताई हैं। मौजूदा रूप में सेंसर परत पहले ही उस सीमित काम को करती है जिसका वादा शीर्षक करता है। यह ऊतक क्षति से पहले चेतावनी देने के लिए बनाई गई है। रोबोट और घुटने के नीचे के तीन सॉकेटों पर इसने दिखाया है कि समय और स्मृति भी उस चेतावनी का हिस्सा हो सकते हैं, केवल गेज पर दिखने वाला अधिकतम अंक नहीं।