Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • TechWeek
  • Биомолтекст2020
  • vsh25

Иллюзия резиновой руки превратила протезы в часть тела

Софья Долотовская, N+1

Американские и шведские исследователи показали, что применение иллюзии резиновой руки в сочетании с электростимуляцией соматосенсорной коры головного мозга позволяет создать у испытуемых ощущение того, что искусственная рука является частью их тела. Статья Collins et al. Ownership of an artificial limb induced by electrical brain stimulation опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В последнее время исследователи постоянно расширяют функциональность протезов конечностей: уже созданы бионические протезы, обеспечивающие не только двигательный контроль, но и осязание за счет связи между сенсорами в искусственной конечности и электродами, имплантированными в мозг. Однако до сих пор ученым не удавалось создать у владельцев искусственных рук ощущение, что протез является частью их тела, а не инородным предметом. Сделать это сложно, в частности, потому, что большинство экспериментальных интерфейсов, обеспечивающих чувствительность руке-протезу, подключаются к периферическим нервам. В процессе тренировки их стимуляция приводит к формированию новых нейрональных связей в мозге, которые переводят сигналы от датчиков протеза в тактильные ощущения. Однако такие интерфейсы требуют ненарушенной связи периферических нервов с корой мозга и поэтому не подходят пациентам с травмами спинного мозга или нейродегенеративными заболеваниями.

Авторы новой статьи решили использовать электростимуляцию соматосенсорной коры мозга в сочетании с иллюзией резиновой руки, чтобы создать у владельцев протезов ощущение обладания настоящей рукой в обход периферических нервов. Классический эксперимент, демонстрирующий иллюзию резиновой руки, был описан в 1998 году. В этом эксперименте одну руку испытуемого прятали за экран, оставляя на виду «замещающую» ее резиновую руку. При синхронных прикосновениях к обеим рукам – резиновой и настоящей – у добровольца возникало ощущение, что резиновая рука принадлежит ему, а тактильные ощущения локализованы именно в ней. Интересно, что эта иллюзия сохраняется даже при использовании вместо резиновой руки других предметов – например, смартфона.

В испытаниях, описанных в новой статье, участвовали два добровольца с эпилепсией, которым для выявления очагов эпилептической активности в мозге было назначено электрокортикографическое картирование мозга, требующее подведения электродов непосредственно к коре мозга. Электроды были имплантированы в соматосенсорную кору: у одного пациента в представительство (участок, отвечающий за чувствительность) правой руки, а у другого – в представительство левой руки.

Настоящую руку испытуемых закрывали от них экраном, а вместо нее на столик перед ними клали искусственную резиновую руку – таким образом, чтобы они хорошо ее видели. Электрогенерирующее устройство прикасалось к этой резиновой руке специальным щупом и одновременно с каждым прикосновением генерировало электрический импульс, стимулирующий представительство соответствующих участков руки в соматосенсорной коре. Добровольцев при этом просили рассказать, насколько они ощущают резиновую руку как свою собственную, а также локализовать прикосновения к ней.

rubber_arm.jpg
Рисунок из статьи в PNAS

Оказалось, что испытуемые без труда локализовали прикосновения с точностью до фаланги пальца. При этом оба добровольца описывали ощущения, которые вызывает у них стимуляция соматосенсорной коры, как «неестественные» и непохожие на что-либо испытанное ими прежде. Так, один испытуемый описал свои ощущения как напоминающие вибрацию, а другой – как похожие на легкое давление. Несмотря на это, оба добровольца сообщили, что ощущают резиновую руку как свою собственную.

Интересно, что иллюзия «своей» руки сохранялась только в том случае, когда прикосновения к ней были синхронизированы с электрическими импульсами, стимулирующими соматосенсорную кору. Когда электрические импульсы генерировались с опозданием, эта иллюзия исчезала. Также она пропадала, если исследователи стимулировали участки соматосенсорной коры, отвечающие не за руки, а за другие части тела. Это говорит о том, что для ощущения искусственной руки как своей собственной необходимо одновременное сочетание визуального стимула (испытуемый видит, как устройство прикасается к резиновой руке) со стимуляцией соответствующего участка соматосенсорной коры. Как заключают авторы, полученные результаты подтверждают, что с помощью электростимуляции мозга можно создавать у владельцев протезов ощущение того, что искусственная рука является частью их тела.

Недавно американские ученые разработали нейроинтерфейс, который позволил полностью парализованному человеку осязать предметы с помощью протеза. Работа этого интерфейса, подключенного к датчикам на протезе, также основана на непосредственной стимуляции соматосенсорной коры в обход периферических нервов и обеспечивает ощущения, близкие к естественным.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 21.12.2016


Читать статьи по темам:

бионика протезирование Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Носок-сенсор

proCover – прототип умного носка, который может определять давление в разных зонах стопы протеза и передавать эту информацию пользователю с помощью вибрации.

читать

Механическая рука передаёт ощущения парализованной

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

читать

Кибатлон-2016

В Цюрихе состоялись первые в мире параолимпийские игры «киборгов». В соревнованиях приняло участие 66 команд, состоящих из разработчиков, техников и «пилотов».

читать

В ожидании Кибатлона

В Кибатлоне примут участие 80 исследовательских групп из 25 стран, от маленьких стартапов до крупнейших мировых производителей навороченнейших протезов.

читать

Грант для энтузиастов

Норильский инженер Максим Ляшко получил федеральный грант размером в два миллиона рублей на доработку и запуск производства бюджетных бионических протезов.

читать