Протезы с возможностью осязания — фантастика становится реальностью

Протезы с возможностью осязания — фантастика становится реальностью

Бионические нейромоторные протезы  уже совершили настоящую революцию в ортопедии… Почти.

Существующие сейчас нейромоторные протезы рук умеют многое. С самыми продвинутыми моделями можно даже играть на фортепьяно или рисовать. Для настоящего прорыва им не хватает совсем немного — обратной отдачи, чувствительности. Представьте, что вы берете в руки яйцо, но в пальцах при этом нет никаких ощущений. Скорее всего, это яйцо вы просто раздавите потому, что не сможете адекватно оценить силу нажатия.

Почему этого сложно добиться?

Симулировать прикосновение можно, стимулируя оставшиеся нервы в культе после ампутации. Но такая операция очень сложна и индивидуальна. Количество таких успешно проведенных хирургических процедур пока не дотягивает и до десятка.

Но, согласно новому исследованию, проведенному в Реабилитационной лаборатории Питтсбургского Университета, стимуляторы спинного мозга, обычно используемые для снятия хронической боли, могут обеспечить простой и универсальный метод добавления сенсорной обратной связи к протезу руки.

В ходе этого исследования, опубликованного авторами в журнале eLife , четыре человека с ампутированными конечностями получили стимуляторы позвоночника, которые при включении создают иллюзию ощущений в отсутствующей руке.

В чем прорыв нового метода?

Уникальным в этой работе стало то, что ученые использовали устройства, которые уже регулярно имплантируются 50 000 пациентам каждый год и избавляют их от боли. Врачи во всех крупных медицинских центрах знают, как выполнять эти хирургические вмешательства. В итоге, путем стандартной процедуры можно получить результат, аналогичный сложной высокоспециализированной операции.

 «Струны имплантированных спинных электродов похожи на толстые спагетти, которые проходят вдоль спинного мозга, где они располагаются над теми же нервными корешками, которые обычно передают ощущения от руки.  Поскольку этот имплантат работает непосредственно со спинным мозгом, даже человек с ампутацией на уровне плеча может использовать это устройство», — говорит старший научный сотрудник Ли Фишер, кандидат наук, доцент кафедры физической медицины и реабилитации Медицинского факультета Университета Питтсбурга.

протезирование конечностей в европе

Чего удалось добиться ученым?

Ученые из команды Фишера посылали электрические импульсы через разные точки в имплантированных электродах, в то время как участники использовали планшет, чтобы сообщить, что они чувствовали и где.

Все участники испытывали ощущения где-то на своей недостающей руке, и они указывали площадь области ощущений на изображении кисти или предплечья. Три участника сообщили о чувствительности, локализованной на одном пальце или части ладони.

«Я был очень удивлен тем, насколько мала была область этих ощущений, о которых люди сообщали. Это важно, потому что мы хотим генерировать ощущения только в той области, где протез контактирует с объектами», — сказал Фишер.

Когда участников эксперимента попросили описать не только то где, но и то, как чувствовалась стимуляция, все четыре участника сообщили о естественных ощущений, таких как осязание и давление. Хотя эти чувства часто смешивались с явно искусственными ощущениями, такими как покалывание, жужжание или «мурашки».

Хотя некоторая степень миграции электродов неизбежна в первые несколько дней после имплантации отведений, команда Фишера обнаружила, что электроды и создаваемые ими ощущения в основном оставались неизменными на протяжении всего эксперимента в течение месяца. Это важно для конечной цели создания протеза, который сможет обеспечить сенсорную обратную связь с пользователем.

Перспективы развития и массового использования

Следующая большая проблема, которая стоит перед нами, заключается в разработке спинальных стимуляторов, которые можно полностью имплантировать, а не подключать к стимуляторам вне тела. Это сможет продемонстрировать, что сенсорная обратная связь может помочь улучшить контроль протезной руки во время функциональных задач, таких как завязывание обуви или удерживание яйца, без риска его случайно раздавить. 

Уменьшение размера контактов — еще один приоритет. Это поможет пользователям испытывать еще более локализованные ощущения.

«Наша цель здесь не состояла в том, чтобы разработать законченное устройство, которое кто-то будет использовать постоянно. Пока мы хотели лишь продемонстрировать возможность того, что что-то подобное может сработать», — добавил Фишер.

Новость подготовлена по материалам:

https://medicalxpress.com/news/2020-07-spinal-repurposed-lost-limb.html

 

Возможно вас заинтересует
Исследование и анализ вируса Covid-19
Бельгийские ученые из Университетской клиники Сен-Люк и Университета Левена установили возможные причины тяжелого течения COVID-19. В ходе исследования было выявлено, что более короткая длина теломер может быть связана с появлением тяжелой формы...
Красный зонтик защищает иммунную систему от коронавирусной инфекции
Учёные из Национального Института Рака в Милане (INT, Istituto Nazionale dei Tumori) пришли к выводу, что COVID-19 был в Италии уже в сентябре 2019 года. 
заболевания матки
Учёные из Университета штата Мичиган (MSU, США) протестировали новое лекарство против эндометриоза. В процессе исследований, они активно сотрудничали со своими коллегами из Института Ван Андела (Гранд Рапидс, США), предоставляя им образцы тканей на...
Нейроны гиппокампа человека
Учёные из университета Санта-Крус (Калифорния, США) исследовали механизм поглощения нервными клетками токсичного белка, накапливаемого при болезни Альцгеймера и предложили вариант его блокировки. Тем временем, их коллеги из Упсальского университета...
Рука врача в синей боксерской перчатке борется с группой злокачественных клеток
Группа учёных, во главе с доктором Даниэль де Карвальо, доцентом кафедры медицинской биофизики Университета Торонто (Канада), установила, что части ДНК, полученные людьми от прошлых поколений, в нужный момент могут активировать мощный ответ для...