Американским ученым удалось воссоздать чувствительность конечностей парализованному пациенту при помощи инвазивной стимуляции через микроэлектроды, установленные в соматосенсорной коре головного мозга. Участник эксперимента сообщил, что смог почувствовать прикосновения к руке, а также ощутить ее движение, говорится в статье, опубликованной в журнале eLife.
Соматосенсорная система входит в состав нервной системы и отвечает за осязание, проприоцепцию (ощущение собственного тела в пространстве), ноцицепцию (ощущение боли) и ощущение температуры. При воздействии стимула на органы чувств информация от афферентных (рецепторных, или чувствительных) нейронов подает сигнал в ЦНС. В случае контакта с кожей сигнал от афферентных нейронов посылается на обработку в первичную соматосенсорную кору, находящуюся в районе постцентральной извилины теменной доли коры больших полушарий.
Вследствие повреждения спинного мозга связь между органами чувств и соматосенсорной корой, обрабатывающей сигналы от афферентных нейронов, нарушается, и пациент с такой травмой теряет чувствительность. Сама кора остается нетронутой; поэтому, несмотря на то, что повреждения спинного мозга неизлечимы, а вызванная им невозможность осязания — перманентна, реакцию можно вызвать с помощью прямой стимуляции соответствующих отделов коры.
Чтобы добиться максимальной точности реакции, ученые используют инвазивный метод стимуляции, при котором электроды имплантируются прямо в мозг пациента. Обычно при этом используютсильные разряды тока, стимулируя кору, но при этом вызывая неестественные ощущения в органах осязания: пациенты зачастую описывают их как покалывания или разряды тока.
Альтернативой классической инвазивной электростимуляции может послужить использование микроэлектродов: уменьшение как участка стимуляции, так и силы поступающего тока, позволяет добиться повышенной точности. Именно этот метод опробовали ученые из Калифорнийского технологического института под руководством Ричарда Андерсена (Richard A. Andersen). В их эксперименте принял участие пациент, парализованный ниже шеи в результате повреждения спинного мозга. В область соматосенсорной коры его головного мозга были имплантированы два микроэлектрода.
С помощью стимуляции различных отделов коры разной силой тока ученым удалось воссоздать у пациента некоторые тактильные ощущения. Так, участник сообщил, что во время стимуляции смог почувствовать, как его руку сжимают или стучат по ней. Кроме того, при более сильной стимуляции участник сообщал о том, что чувствует движения собственной руки: ученым, таким образом, удалось добиться воссоздания проприоцепции в конечности.
Результаты исследования указывают на расширенные возможности микростимуляции в сравнении с обычным методом инвазивной стимуляции, добиваясь более приближенных к естественным ощущениям. Следующим шагом, по словам ученых, будет изучение того, какой паттерн электростимуляции и какой участок коры приводит к отдельным ощущениям, которые описал пациент.
Кроме того, результаты также смогут в дальнейшем улучшить работу нейроинтерфейсов и протезов конечностей. В 2016 году американским ученым впервые удалось создать «чувствительный» протез. С помощью таких же микроэлектродов, имплантированных в соматосенсорную кору парализованного пациента, ученым смогли передать тактильные ощущения от прикосновений в руке-протезе.