Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • ММИФ-2018
  • БиоМолТекст-18
  • Vitacoin

Протезы с обратной связью

Человек может очень хорошо определять положение, скорость движения и вращения своих конечностей даже с закрытыми глазами. Это ощущение, известное как проприоцепция, позволяет нам с точностью контролировать движения тела. Несмотря на произошедшие в последние годы значительные достижения в области разработки протезов, специалистам до сих пор не удавалось вернуть людям с искусственными конечностями это ощущение, отсутствие которого ограничивает их способность контролировать свои движения.

Исследователи Массачусетского технологического института (МТИ), работающие под руководством профессора Хью Херра (Hugh Herr), изобрели новый электронейронный интерфейс и коммуникационную концепцию, позволяющую посылать команды от центральной нервной системы к роботизированным протезам, обеспечивая проприоцептивную обратную связь, предоставляющую центральной нервной системе информацию о движениях суставов. Эта новая концепция, получившая название агонист-антагонист мионейронный интерфейс, подразумевает применение новаторского хирургического подхода к ампутации суставов, обеспечивающего сохранность динамичных межмышечных связей. Доклинические исследования новой концепции были проведены на базе МТИ, а последующее пилотное клиническое исследование – в женской больнице Бригхэма (Brigham and Women’s Faulkner Hospital).

agonist-antagonist.jpg

Новый мионейронный интерфейс состоит из двух свободных мышечных трансплантатов, размещенных подкожно на поверхности фасции (оболочки мышц).
Рисунок из статьи Srinivasan et al. On prosthetic control: A regenerative agonist-antagonist myoneural interface (Science Robotics 2017).

Интерфейс состоит из двух противодействующих комплексов мышцы-сухожилие, известных как агонист и антагонист. Эти комплексы соединены последовательно таким образом, что при сокращении и укорочении одной из них посредством волевой или электрической стимуляции вторая растягивается, и наоборот. Такие спаренные движения позволяют естественным биологическим сенсорам передавать в центральную нервную систему электрические сигналы, несущие информацию о длине мышцы, а также скорости и силе ее сокращений. Эти сигналы интерпретируются головным мозгом как естественная приоприцепция сустава.

Профессор Херр поясняет, что именно таким образом механизм мышечно-сухожильной проприоцепции работает в человеческих суставах. Так как мышцы имеют собственные нервы, при возникновении описанного мышечного взаимодействия в мозг посылается информация, обеспечивающая способность человека ощущать движение и положение мышц, а также скорость и силу их работы. С помощью соединенных с интерфейсом электродов исследователи могут регистрировать испускаемые мышцами электрические сигналы или вызывать их сокращение с помощью электрических импульсов. Когда человек думает о том, что пошевелить своим несуществующим голеностопным суставом, мионейронный интерфейс обеспечивает движение бионического протеза, в свою очередь, посылающего сигналы в головной мозг. Это позволяет человеку ощущать движение своего протеза во всем угловом диапазоне.

Впервые в клинической практике два агонист-антагонист мионейронных интерфейса имплантировали пациенту во время хирургического вмешательства по поводу ампутации ноги ниже колена. Один из них предназначался для управления работой бионического голеностопного сустава, а второй – бионического подтаранного сустава.

После операции специально разработанный специалистами МТИ протез соединили с периферическими нервами пациента с помощью электродов, размещенных поверх каждой из мышц мионейронных интерфейсов. После этого исследователи сравнили двигательную активность пациента с имплантированным мионейронными интерфейсами с подвижность четырех пациентов, перенесших традиционную операцию по ампутации ноги ниже колена и пользующихся аналогичными протезами. Наблюдения показали, что перенесший экспериментальную процедуру пациент имел более стабильный контроль над движениями протеза и мог передвигаться более эффективно по сравнению с пациентами группы контроля. Помимо этого мионейронный интерфейс обеспечил быстрое проявления естественных рефлексивных движений, таких как вытягивание ступни в направлении следующей ступени при ходьбе по лестнице.

После этого авторы имплантировали мионейронные интерфейсы еще 9 пациентам с ампутированными ниже колена ногами и планируют адаптировать процедуру для пациентов, нуждающихся в ампутации ног выше колена, а также рук выше и ниже локтя.

Статья Tyler R. Clites et al. Proprioception from a neurally controlled lower-extremity prosthesis опубликована в журнале Science Translational Medicine.

Евгения Рябцева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Brigham and Women's Hospital: Surgical Technique Improves Sensation, Control of Prosthetic Limb.


Читать статьи по темам:

протезирование интерфейс мозг-компьютер нейроны Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Осязание для виртуальных конечностей

В ближайшем будущем люди с параличом конечностей смогут не только двигать руки и ноги при помощи подобных технологий, но и чувствовать форму и строение вещей, к которым они будут прикасаться и по которым они будут ступать.

читать

Протез научили читать мысли

Время адаптации к протезу снизится в разы благодаря скелетно-мышечной модели, которая сама распознаёт сигналы мозга и управляет движениями протеза.

читать

Виброотклик в протезах

Группа учёных из Кливлендской клиники представила новый способ получения обратной связи от протезов, основанный на вибрации в мышцах.

читать

Обед с экзоскелетом

Международная группа исследователей впервые использовала экзоскелет с нейроинтерфейсом для восстановления работоспособности конечностей частично парализованных пациентов.

читать

Механическая рука передаёт ощущения парализованной

Американские ученые разработали нейроинтерфейс, который позволил полностью парализованному человеку осязать предметы с помощью протеза.

читать

Олимпиада киборгов

Первая в истории Олимпиада для киборгов (Цюрих, октябрь 2016) предназначена для людей с ограниченными возможностями, которые вынуждены использовать протезы различного вида.

читать