Согласно отчетам, только в США в течение последних двадцати пяти лет проводят около 185.000 ампутаций ежегодно [1]. Люди, перенесшие подобную операцию, сталкиваются с двумя основными проблемами. Во-первых, большинству из них знакомы так называемые фантомные боли – ощущение боли в конечности, которой уже не существует. Дело в том, что при ампутации вместе с удаляемой частью тела хирурги отсекают все относящиеся к ней органы: кожу, суставы, сухожилия. У здорового человека в них расположены специальные рецепторы, отвечающие за обратную связь с мозгом. Благодаря их работе вы, наклонив голову набок, почувствуете растяжение шейной мускулатуры. Потому что рецепторы, залегающие среди мышечных волокон, непрерывно сообщают мозгу о растяжении мышц и его скорости – даже когда мы сознательно этого не ощущаем, наш мозг “знает”, в каком положении находится каждая мышца. Специфические рецепторы в сухожилиях сигнализируют о силе сокращения мышц, связанных с ними, в коже аналогичные рецепторы передают данные о ее растяжении, а в суставах - о взаимоположении частей опорно-двигательно аппарата. В совокупности эта информация формирует у нас ощущение положения частей тела в пространстве относительно самого тела, а также силы, с которой они взаимодействуют на окружающую среду. Без этого чувства нормальная координация движений была бы невозможна. Если нет обратной связи, то ни мозг, ни любая другая система нашего организма не могут адекватно функционировать.
К сожалению, когда люди придумали ампутировать конечности, этого всего они не знали. Однако и сейчас после операции связь мозга с органами и тканями вокруг удаленной части тела не сохраняется, нейронные цепи, руководящие движениями, вынуждены перестраиваться, и в результате у человека возникает ощущение фантомной конечности - ему кажется, что ампутированная нога или рука находятся на том же месте. Здесь же появляются мучительные фантомные боли. Механизм их возникновения пока только предполагается, а тем временем поиск способа их избежать не перестаёт быть актуальным.
Отсутствие обратной связи от ампутированных органов приводит и ко второй проблеме: протезы, призванные заменить утраченную часть тела, оказываются неудобны и плохо управляемы, что несомненно ограничивает движения и снижает качество жизни.
Ближе всех подошли к решению одновременно обеих проблем специалисты Центра экстремальной бионики Массачусетского Технологического Института (MIT), разработавшие новый бионический протез, который интегрирован с организмом намного лучше своих предшественников. Три года назад они поделились результатами первых испытаний своей технологии с участием человека, на тот момент только одного [2]. А недавно опубликовали результаты экспериментов уже с пятнадцатью пациентами [3].
Как работает новый способ протезирования?
Исследователи работают над протезом голеностопного сустава и используют обратную связь от мышц голени, сохраняя их для этого во время ампутации. Чтобы при движениях мускулатура растягивалась и возникала обратная связь, через сухожилие они соединили друг с другом нижние концы мышц-антагонистов, которые двигают ступню в противоположные стороны. Так происходит и в здоровом организме: при сокращении мышцы-антагониста мышца-агонист растягивается, и наоборот (см. рисунок ниже). Это позволяет мозгу нагружать мускулатуру адекватно. А когда с помощью нейроинтерфейса эта естественная регуляция взаимосвязана с движениями бионического протеза, то он становится более управляемым. Кроме того, он начинает ощущаться как естественная конечность, как бы “сливаться” с телом человека, благодаря чему теоретически фантомные боли могут вообще исчезнуть. Ведь можно предположить, что чем сильнее ощущение движений протеза схоже с обратной связью от конечности, тем лучше он замещает собой утраченную часть тела.
Итак, помогать восстанавливаться людям с ампутацией новый протез должен следующим образом. Благодаря обратной связи от мышц и работе нижних мотонейронов ответственные за движение структуры мозга реорганизуются слабее. А значит, предполагают разработчики, фантомных болей станет меньше, а сенсомоторная обработка любых воздействий улучшится.
Удачна ли новая технология?
Судя по результатам проверки технологии на пятнадцати пациентах, перенёсших ампутацию по модифицированной методике, технология из MIT работает. Испытуемые сообщали об ощущении более здоровой фантомной конечности и меньших болях, по сравнению с людьми, прошедшими традиционную ампутацию. А области мозга, связанные с обработкой обратной связи от мускулатуры, у них активировались так же, как у людей без ампутаций.
Значит, в первом испытании на выборке людей новая технология выполнила обе задачи: она как укрепила неврологическое здоровье пациентов, так и повысила управляемость протеза. Правда, пока мы знаем только о том, как менялась жизнь испытуемых в течение двух лет после операции. Очень интересно, что будет, а что не будет происходить дальше.
Идеальный протез должен быть идентичен ампутированной конечности человека, и с каждой новой разработкой мы должны приближаться к нему. А ощущение движения для нас очень важно. Настолько, что человек, не перенесший ампутацию, просто не способен представить свою жизнь без него. Поэтому эффективность новой технологии из MIT радует, хоть и ясно, что обратная связь от рецепторов в сухожилиях или суставах, например, даже при такой ампутации утрачивается. Так что есть куда стремиться.
Александр Хазанов
(ред. Наталия Каланова)
Поддержите нас подпиской и лайком!
Во Вконтакте и Telegram мы поделимся видео работы нового протеза
Список источников доступен по ссылке