Новая технология передаст ощущения прикосновения через протез

Однажды протезы невозможно будет отличить от настоящих конечностей

Однажды протезы невозможно будет отличить от настоящих конечностей
(фото Revolutionizing Prosthetics, DARPA).

Новая технология вернёт чувство осязания ампутированным конечностям

Новая технология вернёт чувство осязания ампутированным конечностям
(фото Revolutionizing Prosthetics, DARPA).

Однажды протезы невозможно будет отличить от настоящих конечностей
Новая технология вернёт чувство осязания ампутированным конечностям

Новое исследование учёных из университета Чикаго (University of Chicago) ляжет в основу чувствительных к прикосновениям протезов, которые будут в режиме реального времени передавать сенсорную информацию от искусственной конечности прямо в мозг.

"Для восстановления сенсорных двигательных функций руки необходимо не только заменить сигналы, посылаемые мозгом к конечности, но и восстановить импульсы, который посылают нервные клетки руки к мозгу. Мы считаем, что ключ к успеху — это понимание механизма передачи сигналов в здоровом организме. Обладая этой информацией, можно пытаться искусственно воспроизвести модель нейронной активности путём стимуляции головного мозга", — говорит ведущий автор исследования Слиман Бенсмайя (Sliman Bensmaia), доцент кафедры Биологии организма и анатомии в университете Чикаго.

Бенсмайя и его команда являются сотрудниками проекта Revolutionizing Prosthetics ("революционное протезирование"), поддерживаемого агентством США DARPA. Этот проект направлен на создание модульных искусственных верхних конечностей, которые позволят восстановить полный контроль над движениями механических рук, а также вернуть человеку чувство осязания.

Чикагские медики прежде всего хотят создать совершенную систему, которая позволила бы восстановить сенсорику. Проведя серию экспериментов с обезьянами, чья сенсорная система очень похожа на нашу, Бенсмайя и его коллеги выявили схему нейронной активности, с помощью которой и осуществляется управление конечностью.

Однажды протезы невозможно будет отличить от настоящих конечностей (фото Revolutionizing Prosthetics, DARPA).

Первая серия экспериментов была направлена на определение расположения пучков нейронов, ответственных за ощущение прикосновения в конкретной части руки. Животных научили определять несколько форм физического контакта пальцами. Затем исследователи подключили электроды к участкам головного мозга, ответственным за ощущения от каждого пальца. Таким образом они заменили физические прикосновения электрическими импульсами, посылая сигналы в определённые зоны мозга. Судя по поведению обезьян, разницы они не почувствовали.

Во второй серии экспериментов учёные сосредоточились на воспроизведении ощущения давления. Для этого они разработали алгоритм, генерирующий то "количество" электрического тока, которое вызвало бы нужное ощущение давления. Так же, как и в прошлый раз, животные сравнивали настоящие физические ощущения с воздействием электрических импульсов.

Новая технология вернёт чувство осязания ампутированным конечностям (фото Revolutionizing Prosthetics, DARPA).

На финальной стадии Бенсмайя и его коллеги изучали последовательности сигналов нервной системы, имеющие место во время комплексных действий. Так они заметили, что захват и последующее отпускание некого объекта вызывает всплеск активности в мозге обезьяны, который также можно воспроизвести с помощью электрической симуляции.

Полученные данные учёные суммировали и оформили в виде рекомендаций к созданию революционного протеза, возвращающего сенсорные ощущения утерянной конечности. По словам Бенсмайи, для успеха необходима обратная связь с мозгом через нейронный интерфейс. Она обеспечит не только надёжность, но и безопасность протеза.

"На сегодняшний день пациенты могут контролировать свои руки с семью степенями свободы. Но всё это бессмысленно до тех пор, пока не налажена сенсорная связь. Мы имеем довольно совершенные алгоритмы, расшифровывающие двигательные сигналы. Когда мы завершим наши исследования, функциональность умных протезов существенно возрастёт", — утверждает Бенсмайя в пресс-релизе.

О результатах серии своих экспериментов чикагские медики рассказали в статье, опубликованной в журнале PNAS.

Также по теме:
Новый бионический протез вернёт пациентам чувство осязания
Сохранённые нервы позволили человеку управлять протезом ноги силой мысли
Учёные создали материал, способный чувствовать прикосновения
Британцы создали робота из искусственных органов и конечностей
Британец обзавелся протезом руки, послушным мысли
Революционный протез позволил американцу покорить небоскрёб