Специалисты компании «Моторика» на базе медицинского центра ДВФУ совместно с коллегами из Сколтеха ведут разработку чувствительного протеза ног. Ученые имплантировали пациенту в культю и спинной мозг электроды. Через них им удалось передать в нервную систему человека сигналы с датчиков, установленных на искусственном аналоге стопы. Кроме того, направленное электрическое воздействие позволило избавить участника исследования от фантомных болей.
Наша гипотеза состоит в том, что очувствление протезов ног избавит человека от избыточных усилий при ходьбе, позволит в дальнейшем разработать управляемую бионическую стопу, защитить спину от повреждений и асимметричной нагрузки, а также повысит психологический комфорт, так как протез ноги перестает восприниматься как средство реабилитации или гаджет и ощущается как своя собственная конечность, — сказал руководитель инвазивных исследований «Моторики» Юрий Матвиенко.
По словам ректора ДВФУ Бориса Коробца аналогов таких изделий нет. В мире не существует протезов, которые возвращали бы чувствительность. Именно в России разработчики, ученые и хирурги впервые объединились для проведения операций с инвазивной микроэлектроникой, которая обеспечивает взаимодействие бионики с организмом человека.
Работе над протезом ноги предшествовали два этапа исследований, посвященных очувствлению протезов рук, которые также могли бы передавать ощущения. В первом этапе исследования приняли участие два человека с парной ампутацией верхних конечностей.
В ходе хирургической операции нервы в предплечьях пациентов соединили с электродами. Затем ученые выяснили, какие ощущения у участников вызывают импульсы тока с разными характеристиками. Выяснилось, что это могло быть, например, сжатие фантомной руки, вибрация в пальцах. На протезы рук ученые установили датчики давления, которые генерировали электрические импульсы. С их помощью пациенты смогли, не глядя, на ощупь определить маленький или большой размер предметов.
Во втором этапе исследования участвовали трое добровольцев с различными травмами рук, которым также имплантировали электроды. В этом исследовании, помимо габаритов (большие, средние, маленькие) предметов, они смогли различить также мягкое и твердое.
— Прошлые операции по очувствлению протезов рук продемонстрировали положительные результаты, поэтому мы решили двигаться дальше и работать с нижними конечностями. Сейчас мы установили три электрода на периферические нервы и спинной мозг. Таким образом мы создаем систему, которая будет работать с последствиями ампутации как верхних, так и нижних конечностей, — сказал нейрохирург, проводивший имплантацию, эксперт Центра компетенций НТИ на базе ДВФУ Артур Биктимиров.
После экспериментов на руках ученые смогли наблюдать у пациентов похожие ощущения в областях ступни и колена, рассказал исследователь Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха Гурген Согоян. По словам специалиста, нередко пациент сообщал, что чувствует.
Это позволило специалистам провести дополнительные электрофизиологические эксперименты, например, записать потенциалы мозга во время стимуляции электродов при помощи ЭЭГ. Эти исследования интересны с фундаментальной точки зрения, но также необходимы для прикладной разработки нейропротезов с сопутствующим подавлением фантомных болей.
По словам главного научного сотрудника ИЭФБ РАН Михаила Лебедева, тестирование системы очувствления протезов на пациентах с ампутацией нижних конечностей — важный этап проекта, поскольку их иннервация, управление и ощущения существенно отличаются от верхних. Известно, что стопа — сложнейший орган чувствительности, необходимый для управления позой и ходьбой. Также иннервация ног больше зависит от подкорковых центров мозга, поэтому ее особенности нужно тщательно исследовать.
Следующий этап исследований запланирован на второе полугодие 2023 года. В нем группа специалистов расширит выборку пациентов и попробует зафиксировать более широкий спектр различных ощущений от стимуляции нервной системы, а также новые технические решения в протезировании.
Проект выполняется при финансовой поддержке ООО «Моторика» и Российского научного фонда по гранту №21-75-30024.
Статья подготовлена по материалу газеты «Известия».
Читайте также:
- фантомные конечности — почему люди после ампутации продолжают ощущать утерянную конечность и даже боль и что в это время происходит в мозге
- иллюзии тела — можно ли заставить человека думать, что у него три руки, как учёные обманывают мозг пациентов, чтобы помочь им восстановиться после инсульта, и почему люди теряют связь с тем, что происходит в их организме
- как работает воображение — какая разница между воображением и фантазией, что помогает компьютерным интерфейсам управлять протезами силой мысли и с чем связаны флешбэки в нашей голове