Исследователи смогли восстановить ощущение руки участника исследования с тяжелой травмой спинного мозга, используя систему интерфейса мозг-компьютер (BCI). Эта технология использует нейронные сигналы, которые настолько незначительны, что их невозможно воспринимать, и усиливает их посредством искусственной сенсорной обратной связи, отправляемой участнику, что приводит к значительному улучшению двигательной функции.
Хотя мы часто воспринимаем наше чувство осязания как должное, для исследователей, разрабатывающих технологии для восстановления функции конечностей у людей, парализованных вследствие травмы или заболевания спинного мозга, воссоздание чувства осязания является важной частью этого процесса.
А 23 апреля в журнале Cell группа исследователей из Баттелла и Векснерского медицинского центра Университета штата Огайо сообщают, что им удалось восстановить ощущение руки участника исследования с тяжелой травмой спинного мозга с помощью компьютера мозга. интерфейс (BCI) системы. Технология использует нейронные сигналы, которые настолько малы, что их невозможно воспринимать, и усиливают их посредством искусственной сенсорной обратной связи, отправляемой участнику, что приводит к значительному улучшению двигательной функции.
«Мы воспринимаем события сенсорного восприятия и повышаем их сознательное восприятие», - говорит первый автор Патрик Ганцер, главный исследователь в Battelle. «Когда мы сделали это, мы увидели несколько функциональных улучшений.
Это был большой момент эврики, когда мы впервые восстановили чувство осязания участника». Участник этого исследования - Ян Буркхарт, 28-летний мужчина, который получил травму спинного мозга во время несчастного случая в дайвинге в 2010 году. С 2014 года Буркхарт работает со следователями над проектом под названием NeuroLife, целью которого является восстановление его функции. Правая рука.
Разработанное ими устройство работает через систему электродов на его коже и небольшую компьютерную микросхему, вживленную в его моторную кору. Эта установка, которая использует провода для передачи сигналов движения от мозга к мышцам, минуя травму спинного мозга, дает Буркхарту достаточный контроль над его рукой и рукой, чтобы поднять кофейную кружку, провести кредитной картой и сыграть в Guitar Hero. «До сих пор время от времени Ян чувствовал, что его рука была чужой из-за отсутствия сенсорной обратной связи», - говорит Ганзер. «У него также есть проблемы с контролем своей руки, если он не наблюдает за своими движениями внимательно.
Это требует большой концентрации и делает почти невозможной простую многозадачность, такую как питье содовой во время просмотра телевизора». Следователи обнаружили, что хотя у Буркхарта почти не было ощущений в его руке, когда они стимулировали его кожу, нейронный сигнал - настолько маленький, что его мозг не мог его воспринять - все еще доходил до его мозга.
Ганзер объясняет, что даже у таких людей, как Буркхарт, у которых есть то, что считается «клинически полной» травмой спинного мозга, почти всегда есть несколько пучков нервных волокон, которые остаются нетронутыми. Cell бумага объясняет , как они были в состоянии увеличить эти сигналы до уровня , когда мозг будет реагировать.
Субперцептивные сенсорные сигналы были искусственно отправлены обратно в Буркхарт с использованием тактильной обратной связи. Типичными примерами тактильной обратной связи являются вибрации от мобильного телефона или игрового контроллера, которые позволяют пользователю почувствовать, что что-то работает. Новая система позволяет субперцептивным сенсорным сигналам, исходящим от кожи Буркхарта, возвращаться в его мозг через искусственную тактильную обратную связь, которую он может воспринимать.
Достижения в системе BCI привели к трем важным улучшениям. Они позволяют Burkhart надежно обнаруживать что-либо одним касанием: в будущем это может быть использовано для поиска и захвата объекта без возможности его увидеть. Система также является первым BCI, который позволяет одновременно восстанавливать движение и касание, и эта способность испытывать улучшенное касание во время движения дает ему большее чувство контроля и позволяет ему делать вещи быстрее. Наконец, эти усовершенствования позволяют системе BCI ощущать, какое давление нужно использовать при обращении с предметом или подборе чего-либо - например, при легком прикосновении при поднятии хрупкого предмета, такого как чашка из пенопласта, но с более прочным захватом при поднятии чего-либо тяжелый.
Долгосрочная цель исследователей состоит в том, чтобы разработать систему BCI, которая бы работала так же дома, как и в лаборатории. Они работают над созданием рукава нового поколения, содержащего необходимые электроды и датчики, которые можно было бы легко надевать и снимать. Они также стремятся разработать систему, которой можно управлять с помощью планшета, а не компьютера, делая ее меньше и более портативной. «Было удивительно видеть возможности сенсорной информации, исходящей от устройства, которое изначально было создано, чтобы позволить мне контролировать руку только в одном направлении», - говорит Буркхарт.
