"Будто у меня снова есть рука": новый протез подарил пациентам уникальную точность движений

Один из добровольцев управляет протезом силой мысли.

Один из добровольцев управляет протезом силой мысли.
Фото Evan Dougherty, Michigan Engineering.

Участник испытаний пробует расстегнуть застёжку-молнию при помощи нового протеза.

Участник испытаний пробует расстегнуть застёжку-молнию при помощи нового протеза.
Фото Evan Dougherty, Michigan Engineering.

Один из добровольцев управляет протезом силой мысли.
Участник испытаний пробует расстегнуть застёжку-молнию при помощи нового протеза.

Исследователи из Мичиганского университета представили новый бионический протез руки под названием Mobius Bionics LUKE. Он управляется посредством "нервного интерфейса", который считывает электрические сигналы, поступающие от оставшихся нервов. Пациенты используют только силу мысли, чтобы двигать пальцами искусственной руки.

"Мы разработали методику индивидуального управления протезными устройствами с помощью нервов в остаточной конечности пациента. С её помощью мы создали один из самых передовых протезов, которые когда-либо видел мир", – заявил глава научной группы профессор Пол Седерна (Paul Cederna).

Разработчики поясняют: чтобы обеспечить максимально точное воспроизведение движений, нужно было обуздать "темпераментные" нервные окончания. Для этого толстые нервные пучки нужно было разделить на более мелкие волокна, которые обеспечивают более точный контроль, а также усилить сигналы, поступающие через эти нервы.

В новом подходе учёные задействовали алгоритмы машинного обучения, позаимствованные у интерфейса "мозг-компьютер", а также крошечные мышечные трансплантаты (лоскуты мышечной ткани).

Участник испытаний пробует расстегнуть застёжку-молнию при помощи нового протеза.

Команда провела "клиническое испытание" четырёх протезов Mobius Bionics LUKE.

Мышечные трансплантаты обернули вокруг нервных окончаний в руках участников. Как поясняют специалисты, такой подход предотвратил рост новообразований, известных как невромы. Из-за них у пациентов могут возникнуть фантомные боли.

Но самое главное, такие мышечные трансплантаты усиливают поступающие сигналы, выступая чем-то вроде мегафонов.

В ходе испытания двум пациентам в мышечные трансплантаты были имплантированы электроды, которые улавливают сигналы, поступающие от нервов, и передают искусственной руке в режиме реального времени.

"Мы зарегистрировали наибольшее напряжение, по сравнению со всеми предыдущими результатами, о которых мне известно. В предыдущих подходах вы могли бы получить 5 микровольт или 50 микровольт – очень и очень слабые сигналы. Мы же видели первые в истории милливольтные сигналы", – сообщила соавтор исследования биомедицинский инженер Синди Честек (Cindy Chestek).

По словам учёных, управлять новой рукой добровольцы смогли с первой же попытки, без предварительного обучения. Участники просто думали о том или ином действии (то есть посылали сигнал из мозга) и совершали его.

В ходе испытаний они, к примеру, собирали пирамиды из кубиков, поднимали объекты сферической формы и даже сыграли в игру "камень, ножницы, бумага".

Спустя 300 дней участники сохраняли ту же степень контроля, что и в начале испытания. В течение этого времени никаких поправок и перекалибровок "нервному интерфейсу" не потребовалось.

Один из добровольцев Джо Гамильтон (Joe Hamilton), потерявший руку в 2013 году, рассказал, что благодаря протезу может совершать практически все те же манипуляции, что и настоящей рукой.

"[Ощущение], будто у меня снова есть рука. Это позволяет вновь почувствовать себя нормальным", – поделился впечатлениями Гамильтон.

Клинические испытания новых протезов продолжаются. Сейчас исследователи ищут новых добровольцев.

В будущем инженеры намерены создать протез, который мог бы полностью восстановить возможности людей, лишившихся руки.

Статья с подробным описанием инновационной разработки представлена в журнале Science Translational Medicine.

Ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, как беспроводные имплантаты впервые позволили одноруким пациентам управлять протезом, а также о протезе а-ля "рука Люка Скайуокера" с ультразвуковыми сенсорами.