Чувства, идентичные натуральным
Ученые дали возможность ощущать больному с парализованными конечностями
Антон Бугайчук, Naked Science
Группа ученых под руководством Ричарда Андерсена (Калифорнийский технологический институт, США) заставила парализованного больного, потерявшего чувствительность кожи, вновь чувствовать.
Для этого они использовали микроэлектроды, которые вживили в область первичной соматосенсорной коры головного мозга.
Она располагается в извилине коры, позади центральной борозды. У этой области есть уникальное свойство: точкам на ее поверхности соответствуют участки кожи по всему телу. Именно соматосенсорная кора обрабатывает сигналы от кожных рецепторов, и человек чувствует изменение температуры, давление или боль. Этот же участок «отвечает» и за ощущение собственного тела в пространстве.
Если поврежден спинной мозг, то связь между рецепторами и соматосенсорной корой разрывается. При таком параличе теряется не только подвижность, но и чувствительность конечностей. Сама кора мозга не затрагивается, но к ней не поступают сигналы. Хотя такая травма неизлечима, можно стимулировать кору напрямую, и человек будет испытывать ощущения, подобные естественным. Этот эффект известен давно, однако ранее ученые применяли достаточно грубое раздражение электрическим током: ощущения возникали неестественные, причем с дополнительными «шумами» — в виде покалываний или незначительных ударов током.
Исследователи решили использовать вживленные в мозг микроэлектроды. Такой подход увеличивал точность стимуляции и позволял уменьшить силу тока.
Эксперимент проводили на больном, парализованном ниже шеи вследствие травмы спинного мозга. Два имплантата с микроэлектродами вживили в область соматосенсорной коры.
S1 — область размещения имплантата. Рисунки из статьи Salas et al. Proprioceptive and cutaneous sensations in humans elicited by intracortical microstimulation (eLife 2018).
Конечно, вызываемые при стимуляции ощущения не были полностью идентичны естественным, но эксперимент дал интересные результаты. Не все электроды вызывали чувствительность (46 из 96, 48%), однако отклик был стойким, а ложные «срабатывания» не наблюдались. Влияния предыдущих стимуляций на последующие не наблюдалось, реакция была схожа с естественной: поступает определенный сигнал, в результате возникает соответствующее ощущение. Осложнений и болевых ощущений не было ни во время эксперимента, ни после.
На рисунке слева (А) показаны зоны, в которых возникали ощущения передней (светлые оттенки) и задней (темные оттенки) сторон руки и кисти (голубой цвет). Правее показано, какие именно микроэлектроды на электродных решетках имплантата соответствуют этим зонам. На схеме справа обозначен вид испытываемых ощущений: красным цветом показана кожная чувствительность, синим — проприоцептивная, то есть ощущения тела в пространстве. Как видно на рисунке, некоторые электроды вызывали смешанное ощущение. Кожные ощущения вызывало стимулирование 45% электродов, 32% вызывали ощущение движения, а 23% — оба вида ощущений.
Больной во время эксперимента четко описывал свои ощущения, которые были разнообразными и соответствовали естественным: нажатия, постукивание, движение руки.
Эксперимент наглядно показал преимущество стимуляции вживленными микроэлектродами — чувства были практически настоящими и при этом четкими, без «шума». В дальнейшем исследовательская группа намерена составить подробную карту для электростимуляции, точно определив участки коры и соответствующие им ощущения.
Исследование имеет большое значение для разработки нейроинтерфейсов и бионических протезов конечностей.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru