Итальянские ученые из Высшей школы исследований Сант-Анна в Пизе совместно с коллегами из Кливлендской клиники (США) нашли новый способ, как мозг воспринимает движение в протезах руки. Результаты их совместной работы опубликованы в журнале Science Advances.
Проблема с ощущением движения
Кинестезия — это наше внутреннее чувство движения и положения мышц и суставов. Без нее даже простые действия, такие как захват предмета, становятся неинтуитивными. После ампутации это ощущение полностью утрачивается. Обычная вибрационная стимуляция часто сбивает с толку, потому что затрагивает одновременно кожу и мышцы.
Новое решение из Италии
Чтобы обойти эту проблему, в Сант-Анна разработали миокинетический кинестетический интерфейс (MKkI). Это двунаправленный интерфейс, который использует небольшие магниты, имплантированные в остаточные мышцы предплечья. Магниты создают точечные вибрации глубоко в мышцах, почти не затрагивая кожу, и передают мозгу естественное ощущение движения.
Систему интегрировали с роботизированной кистью Mia Hand, созданной компанией Prensilia. В эксперименте участвовал 34-летний итальянский пациент. В течение шести недель он тестировал интерфейс и воспринимал открывание и закрывание протеза как цельные, скоординированные движения, очень похожие на реальные.
«Миокинетический кинестетический интерфейс уникален тем, что использует простой, минимально инвазивный имплантат для стимуляции мышц без контакта с кожей. Этот подход может стать ключом к лучшему пониманию того, как работает управление двигательными функциями человека, а также к восстановлению двигательной чувствительности после ампутации», — говорит Федерико Мазьеро, первый автор исследования
Сравнение двух разных систем
Ученые сравнили свою технологию с совершенно другой системой, разработанной в Кливлендской клинике. Там использовали хирургическую переадресацию нервов и робототехнику. Несмотря на принципиально разные конструкции, результаты оказались удивительно схожими.
В обоих случаях мозг пациента воспринимал искусственные сигналы не как отдельные вибрации, а как естественные «синергии» — скоординированные модели захвата рукой. Некоторые ощущения доходили даже на подсознательном уровне, без явного осознания.
«Возможность сравнивать независимо полученные данные с двух совершенно разных интерфейсов делает эти результаты особенно убедительными, — отмечает профессор Пол Мараско из Кливлендской клиники. — Это дает нам более прочную основу для разработки методов лечения и устройств, которые взаимодействуют с нервной системой более естественным образом, с конечной целью улучшения результатов лечения пациентов».
Команда уже планирует следующий шаг — создание постоянного имплантата. В будущем магниты смогут не только передавать вибрацию для ощущений, но и считывать положение мышц для управления протезом в реальном времени.
«Наше решение было реализовано в качестве предварительной демонстрации: имплантат был разработан на шесть недель. Первые результаты оказались очень многообещающими и побудили нас изучить постоянное имплантируемое решение», — говорит профессор Кристиан Чиприани, координатор исследования и создатель интерфейса.
Такая технология может значительно улучшить жизнь людей с ампутациями, сделав протезы гораздо более интуитивными. Кроме того, подход открывает перспективы для реабилитации после инсультов, лечения эпилепсии и хронической боли.
Ученые проверили, сможет ли человек летать, если у него появятся крылья
Инженеры создали бионическую руку с искусственным разумом: видео
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX