Walaupun kebanyakan ibu-ibu bayi lahir sangat awal tahu anak-anak mereka mempunyai pendakian yang mendaki, Monica Ellis mula mengetahui bahawa salah seorang gadis kembarnya yang baru menghadapi gunung.
Kara dan Katie adalah preemies mikro, lahir pada usia 25 minggu sahaja. Selepas hari-hari awal campur tangan dan sentuhan, Katie bertambah mantap, tetapi kakaknya tidak. Kara sedang dan keluar dari ventilator dan mengalami masalah makan. Kemudian, apabila dia akhirnya pulang ke rumah, dia mula membuat pergerakan ganjil, menjengkelkan jari-jarinya, dan terus mengalami kesukaran makan. Kara gagal berkembang maju.
Seorang jururawat dengan dua anak lebih tua di rumah, Ellis tahu anak-anak mencapai pencapaian pada kadar yang berbeza. Tetapi perasaan usus dan penyelidikan berterusan memberitahu sesuatu yang tidak tepat dengan Kara. Pediatriknya bersetuju, dan merujuknya kepada ahli terapi fizikal. Hanya beberapa bulan lagi, Kara didiagnosis dengan cerebral palsy.
Ahli terapi fizikal Kara, Robert Eskew, mengetahui rakan sekerja yang menjalankan beberapa penyelidikan baru yang luar biasa ke dalam intervensi awal untuk kanak-kanak yang mengalami cerebral palsy dan kelewatan pembangunan motor lain. Dia mencadangkan supaya mereka melawatnya.
"Saya adalah ibu yang berada di komputer sepanjang masa membaca bahan, kerana saya sangat prihatin terhadap Kara, " kata Ellis.
Thubi Kolobe (di sebelah kiri) kini menggunakan jaring umpan balik saraf untuk menyiasat aktiviti masa nyata dalam otak bayi ketika mereka menavigasi dengan SIPPC. (Pusat Sains Kesihatan Universiti Oklahoma) Ellis membawa anak perempuannya ke Thubi Kolobe, ahli terapi fizikal di Pusat Sains Kesihatan Universiti Oklahoma, yang mengkaji dan bekerja dengan bayi ketika mereka belajar bagaimana untuk bergerak. Terdahulu dalam kerjayanya di University of Illinois di Chicago, Kolobe dan rakan sekerja mengembangkan penilaian, Ujian Prestasi Motor Bayi, untuk mengenal pasti bayi paling berisiko untuk mengembangkan cerebral palsy (CP). Kerja itu menjadi minat bagaimana isu-isu pembangunan otak mempengaruhi perkembangan motor pada kanak-kanak yang sangat muda.
Kolobe dan Peter Pidcoe, bekas rakan sekerja Chicago, telah mencipta peranti seperti skateboard, yang dikenali sebagai SIPPC ("sip-lihat"), atau Crawler Progresif Rawan Self-Initiated. Ciptaan ini membolehkan bayi-bayi yang dicabar oleh motor untuk belajar mempersingkat diri mereka.
***
Dianggarkan 80 hingga 90 peratus kanak-kanak dengan CP dilahirkan dengan keadaan ini, dan doktor masih berusaha memahami sebab-sebabnya. Pelbagai faktor boleh menyebabkan kerosakan otak yang mencirikan CP, termasuk jangkitan otak, kecederaan kepala atau trauma awal yang lain. Bayi tambahan awal seperti Kara dan Katie juga merupakan kumpulan berisiko tinggi. Terlepas dari sebabnya, CP sentiasa mempengaruhi kawalan otot, dan pada kanak-kanak, ia sering tidak didiagnosis sehingga mereka berumur satu tahun atau lebih.
Masalah dengan diagnosis lewat adalah bahawa pada masa ibu bapa dan doktor melihat masalah, bayi telah melewati tahap pembelajaran bagaimana untuk bergerak-bergulir, duduk, merangkak, menjelajah dan berlegar. Tendangan rawak dan gelangsar bayi 3 bulan yang normal melakukan kerja penting dengan membentuk sambungan neural yang penting yang membawa kepada kemahiran motor yang maju, seperti berjalan atau menulis dengan pensel.
Meletakkan mainan yang berwarna-warni hanya dari jangkauan bayi biasanya cukup untuk merangsang dia untuk mencapainya, untuk mencuba beralih ke arahnya. Dia diberi ganjaran apabila usaha itu menghasilkan gerakan ke arah mainan. Akhirnya, dengan lebih banyak amalan, bayi belajar dengan cepat bergerak dan merebut mainan itu, kerana otaknya yang sedang berkembang memperkukuhkan sambungan saraf yang mengawal kemahiran itu.
Tetapi sebaliknya juga benar. Otak bayi mempunyai "menggunakan atau kehilangan" dasar yang kejam. Sekiranya bayi cuba bergerak dan tidak mendapat kesan yang diingini, otak akhirnya memisahkan laluan motor tersebut. Bayi dengan CP selalunya tidak berjaya dalam usaha mereka.
Melalui karyanya dengan bayi, Kolobe berkembang semakin prihatin bahawa bayi berisiko untuk CP telah kehilangan awal tidak perlu. Terapi pergerakan untuk kanak-kanak kecil dengan CP melibatkan strategi pasif, seperti meletakkannya pada tuala dan menariknya dengan perlahan. Tetapi kanak-kanak tidak bergerak sendiri, jadi laluan pergerakan itu masih tidak diperkuat. Kolobe merasakan teknologi terpaksa menawarkan penyelesaian.
"Saya fikir mesti ada cara untuk menyokong bayi-bayi ini, untuk mengelakkan kekangan pada mereka dan masih membolehkan mereka memandu diri untuk bergerak dan meneroka, " kata Kolobe. "Saya mahukan sesuatu yang dapat memanfaatkan gerakan pergerakan awal bayi, untuk memastikan mereka pergi dan mengubahnya menjadi kegunaan berfungsi."
***
Pada tahun 2003, Kolobe berpaling kepada Pidcoe, yang menjalankan makmal pelik di Richmond's Virginia Commonwealth University. Orang datang kepadanya-ahli terapi fizikal dan jurutera-apabila mereka memerlukan bantuan mencipta alat terapi yang belum wujud. Bahagian sama Doc Brown dan ditundukkan Tony Stark, Pidcoe mengetuk pintu garaj di bawah tanah Hospital Barat VCU. Di sana, dia membuat peranti dari pemantauan keletihan elektronik untuk meramalkan kerap pergelangan kaki berpotensi ke kaki prostetik. Makmalnya penuh dengan wayar, motor, cip komputer dan peralatan senaman yang diubah suai, seperti mesin elips yang dia dan pelajar siswazah disesuaikan untuk digunakan sebagai pelatih gait untuk pesakit strok.
Dengan input dari Kolobe, Pidcoe menulis algoritma dan membina peranti bermotor dengan sensor yang bertindak balas terhadap tendangan kecil dan pergeseran berat bayi dengan memberi mereka hadiah tambahan. Bayi terletak terus di atas papan yang diikat, diikat dengan tali Neoprene lembut, dan tangan dan kakinya menyambung ke sensor yang dilampirkan pada komputer onboard. Versi kemudian dari SIPPC mempunyai mod "theie", baju dengan sensor tertanam untuk mengetengahkan pengesanan arah, sehingga bayi yang tidak dapat menghasilkan banyak daya akan diperkuat dengan gerakan ke depan, gerak sisi atau mundur.
"Terdapat pengukuran pergerakan tangan dan kaki kanak-kanak, dan SIPPC menggunakannya untuk mengenal pasti corak yang kita mahu memberi ganjaran, " jelas Pidcoe. "Anda mengarahkan ganjaran kepada aktiviti yang anda cuba capai."
Pidcoe dan Kolobe menerima paten untuk SIPPC pada Januari 2015. (USPTO) Pidcoe dan beberapa pelajarnya akan menunjukkan SIPPC di Festival Inovasi Smithsonian di Muzium Nasional Sejarah Amerika pada 26 dan 27 September. Acara yang dianjurkan oleh Smithsonian Institution dan Pejabat Paten dan Tanda Dagangan AS akan mempamerkan teknologi baru yang dibangunkan oleh pencipta bebas dan lain-lain dari universiti, syarikat dan agensi kerajaan.
***
Ellis, yang tinggal di Calumet, Oklahoma, dapat mendapatkan Kara mendaftar dalam kajian baru Kolobe sedang berjalan untuk menguji keberkesanan SIPPC sebagai alat terapeutik. Pada mulanya, Kara hanya akan berbaring di sana di perutnya, tanpa motivasi untuk turut serta. Dia menyedut jari-jarinya dan melihat ketika ibunya dan Kolobe cuba menariknya untuk bermain.
"Untuk membuatnya bergerak, kami akan menarik jari-jarinya keluar dari mulutnya, dan dia akan marah, " kata Ellis. Mereka kemudian mendapat perhatian Kara dengan mainan. Kali pertama dia mencapai objek sendiri, Ellis dan Kolobe bersorak.
"Ia mengalihkan suis, " kata Ellis. "Dia akan berpaling dan melihat kami seperti 'Oh, anda suka ini?' Sambutan positif itu benar-benar membantunya untuk belajar memulakan perkara sendiri. "
Dengan bantuan dan penguatan dari SIPPC, Kara belajar bagaimana merangkak. Hari ini, seorang kanak-kanak berusia empat tahun yang aktif dalam prasekolah dengan kakaknya, berjalan dan berbincang dan berjalan. Dia secara rasminya telah dilepaskan daripada terapi fizikal. Ellis berkata jika ia bukan untuk SIPPC, halangan-halangan kecil pada masa kanak-kanak Kara akan menjadi jauh lebih mencabar untuk diatasi.
"Walaupun sebagai preemie kecil, dia membiarkan semua orang melakukan segala-galanya untuknya kerana dia tidak boleh melakukannya sendiri, " kata Ellis. "Pendekatan tunggu dan lihat kepada cerebral palsy boleh diubah jika semua orang akan cuba untuk berfikir sedikit berbeza. Dengan campur tangan awal, kita boleh mendapatkan bayi-bayi ini untuk menyusun semula otak mereka lebih awal. "
Kolobe juga didorong untuk menunjukkan bahawa walaupun bayi yang sangat muda sangat mampu membuat keuntungan besar dalam menghadapi kecacatan yang berpotensi.
"Inilah yang boleh berlaku apabila kita memanfaatkan dan membiak keupayaan kecil yang mereka miliki supaya mereka berjaya, dan teknologi hanya boleh membolehkan kita melakukannya, " katanya. "Sebagai seorang saintis, terdapat banyak soalan yang perlu dijawab, dan saya rasa kita tidak pernah tercalar dengan apa yang dapat kita pelajari daripada ini."
Peranti bermotor mempunyai sensor yang bertindak balas terhadap tendangan bayi dan pergeseran berat badan. Peranti ini memberi hadiah kepada bayi dengan tambahan tambahan. (Pusat Sains Kesihatan Universiti Oklahoma) Kolobe dan Pidcoe terus bekerja di SIPPC dalam makmal masing-masing, tetapi dalam kapasiti yang sedikit berbeza. Kolobe sedang menggunakan jaring umpan balik saraf untuk menyiasat aktiviti masa nyata dalam otak bayi ketika mereka menavigasi dengan SIPPC, sementara Pidcoe sedang berusaha untuk memperbaiki reka bentuk dengan harapan ia akan tersedia secara komersial kepada ibu bapa dan ahli terapi secara relatif harga berpatutan.
Versi yang akan dipamerkan di Festival Inovasi Smithsonian pada hujung minggu ini kini berharga antara $ 200 dan $ 300 untuk menghasilkan. Akhirnya, Pidcoe membayangkan versi yang boleh didorong dengan aplikasi telefon bimbit, dan juga satu untuk kanak-kanak buta yang menggunakan maklum balas haptic lembut untuk menarik perhatian anak ke arah yang betul.
"Kami mahu melihat bagaimana kami boleh memperkenalkan teknologi untuk memberi manfaat kepada kanak-kanak lebih awal, " kata Pidcoe. "Ini adalah satu contoh bagaimana alat klinikal dan kejuruteraan menggabungkan dengan cantik."
Festival Inovasi Smithsonian akan diadakan di Muzium Sejarah Amerika Kebangsaan pada 26 dan 27 September, antara 10 pagi dan 5 petang
