Новый протез от «Моторики»

В «Сколково» изучили возможность интеграции бионического протеза руки в организм человека

Олеся Украинская, «Регионы России»

Компания «Моторика», резидент Фонда «Сколково», Медицинский центр ДВФУ и Центр нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Сколковского института науки и технологий подвели итоги первого этапа исследования по очувствлению бионических протезов рук и купированию фантомных болей.

Команда проекта провела успешную операцию по имплантации электродов в область периферических нервов пациентов, смогла получить устойчивое подавление фантомных болей у пациентов при электростимуляции, а также  провела ряд сенсомоторных тестов с использованием хаптической связи в виде инвазивной и неинвазивной электростимуляции. Уникальное для России исследование подтвердило возможность проведения инвазивных нейрофизиологических исследований на базе отечественной инфраструктуры с положительным результатом. Полученные результаты облегчат клиническую трансляцию новых нейротехнологических решений при терапии фантомных болей, а также позволят пациентам натурализовать протез с помощью имитации тактильных ощущений.

Совместный проект набирал силу в течение 4 лет, прежде чем команда была готова приступить к первому тестовому исследованию. Хирургические операции, реабилитацию пациентов и последующие исследования провели в Медицинском центре ДВФУ. Компания «Моторика» осуществила подбор пациентов и предоставила технологическую поддержку проекта. Команда ученых из Сколтеха взяла на себя исследовательскую часть работ по проекту.

Первыми пациентами стали двое мужчин с ампутированными конечностями из городов Лермонтов и Рославль. Требования к пациентам были достаточно строгие: взрослые (от 18 лет), с ампутацией рук и устойчивыми фантомными болями в области ампутированных конечностей. 

Дмитрий Цыганков потерял руки на производстве от сильного удара током три года назад. Помимо частичной ампутации обоих предплечий, у него было также множество операций. Три года Дмитрий провёл на лечении и в борьбе за свою жизнь. Участие в исследовании Дмитрий принял для того, чтобы решить проблему мешающих жить фантомных болей.

Анатолий Колот потерял руки при ударе молнии 24 года назад. В результате несчастного случая Анатолий частично потерял оба предплечья.  Фантомные боли не отступали все эти годы. И хотя он к ним уже привык, в исследовании Анатолий принял участие не ради себя, а ради науки и других людей, оказавшихся в похожей ситуации. 

26 ноября в ходе хирургического вмешательства Анатолию было имплантировано два электрода на срединный нерв. Одновременно с этим Дмитрию установили три электрода, на лучевой, локтевой и срединный нервы. Операции выполнила хирургическая команда Медицинского центра ДВФУ во главе с Артуром Биктимировым, функциональным нейрохирургом Медцентра ДВФУ, экспертом Центра НТИ по нейротехнологиям виртуальной и дополненной реальности ДВФУ. Специалистами наработан большой опыт для реализации подобных прорывных проектов – высокотехнологичное лечение в университетской клинике осуществляют на постоянной основе. Здесь проводят собственные исследования и внедряют инновационные методики лечения. В общей сложности нейрохирургами Медцентра имплантировано уже более 450 систем стимуляции спинного и головного мозга пациентам с болезнью Паркинсона, эпилепсией, детским церебральным параличом. Операции проводятся с последующим тестированием и контролем процесса адаптации. 

27 ноября уже было проведено первое подключение электродов и первая тестовая стимуляция. Принятая командой терапевтическая стратегия для купирования фантомных болей состояла в использовании серии малых электрических импульсов, подаваемых через электрод, находящийся в непосредственной близи к целевому периферическому нерву. Серии импульсов подавались портативным носимым устройством в течение всего времени исследования за исключением периодов сенсомоторных исследований. Свои ощущения пациенты вносили в журнал наблюдений для возможности ретроспективно отследить прогресс подавления фантомных болей. 

Основными этапами работы по очувствлению протеза были: составление карты чувствительности фантомной конечности, подбор параметров стимуляции для имитации ощущения прикосновения и сжатия  фантомной конечности, а также выполнение тестов в связке с хаптической связью в виде электростимуляции.

У Анатолия Колота устойчивое подавление фантомных болей было обнаружено с первого дня. При этом субъективное ощущение фантомной руки у пациента приобрело неожиданные особенности — при первичном подавлении фантомного жжения, он вновь смог различить прикосновение и сжатие пальцев фантомной руки. У Дмитрия фантомные боли не пропали полностью, но снизились на 40-70%. Также при электрической стимуляции у Дмитрия Цыганкова наблюдалось  ощущение общего сдавливания в пальцах, сжатия кисти в кулак.  Устойчивое ощущение вызванного стимуляцией «сжатия кисти в кулак» было использовано для проведения теста на различие размера взятых предметов. Дмитрий, находясь в маске без возможности наблюдать протез, смог успешно различать размер предметов, зажатых в протез.  

Также полученные данные будут проанализированы командой ученых под руководством Михаила Лебедева,  профессора и директора Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха. Но уже сейчас можно сказать, что команда с перспективой смотрит в 2022 год и планирует расширенный этап исследования с увеличенным количеством участников.

Комментарии

Илья Чех, сооснователь и генеральный директор компании «Моторика»:
«Наша основная цель была в решении технологической гипотезы, которая формулируется как «можно ли через инвазивную стимуляцию периферической нервной системы вызвать сенсорный ответ и дать человеку чувствовать не просто как он берет предмет, но и примерное положение пальцев кисти». Мы полностью доказали, что технологически и с точки зрения физиологии это возможно, что  открывает перед нами огромные возможности для дальнейших исследований. Поскольку это был наш пробный шаг в направлении инвазивных исследований, то мы продолжим совместно с Медицинским центром ДВФУ и ИНТЦ «Русский», который расположен на острове Русский во Владивостоке, развивать кибер-медицинский кластер – особую экономическую и юридическую зону для проектов и компаний, которые занимаются инвазивными исследованиями и технологиями. Мы хотим создать сообщество российских разработчиков и инженеров, с привлечением институтов развития и зарубежных партнеров». 

Юрий Матвиенко, руководитель проекта инвазивных исследований компании «Моторика»:
«Результаты первого тестового этапа исследования подтвердили, что наши гипотезы — рабочие. Несмотря на то, что мы пока не можем провести 100% очувствление протеза, мы поняли, что это возможно. Это даёт нам понимание, какую работу и какую подготовку нужно провести к следующему этапу,  и как разработать протокол исследования. Также мы сможем обновить методологию отбора пациентов для чистоты исследования».

Михаил Синцов, младший научный сотрудник Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха: 
«Неожиданным для нас, в наших технологических ограничениях, оказалось наблюдение у пациентов в ответ на стимуляцию устойчивых ощущений «сжатия кисти» или «взятия предмета», что может быть ассоциировано с активацией проприоцептивных чувствительных путей, но это еще требует подтверждения. Данный результат в задаче очувствления уникален именно для инвазивного подхода, и он не мог быть нами воспроизведен с помощью неинвазивной эпидермальной стимуляцией при картировании культи. Уникальность заключалась еще и в том, что вызванное ощущение максимально близко походило на движение кисти протеза, что было нами успешно применено для одного из тестов по различению размеров предметов.»

Гурген Согоян, аспирант Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха:
В ходе эксперимента удалось создать ощущения, которые участники не испытывали после травмы. Оба пациента делились впечатлениями, что их кисти будто вновь «ожили». Ощущения прикосновения, сдавливания, вибрации, намерения произвести движения стали вновь доступными для них, после процедуры картирования, позволившей определить наиболее подходящие настройки стимуляции. Изменение параметров электрического  воздействия меняло как качество так и область, испытываемых ощущений, распространяющейся по всей ладони от подушечек пальцев до запястья. Такие «тонкие настройки» стали доступными благодаря инвазивному подходу.

Михаил Лебедев, профессор и руководитель Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха:
«Полученные результаты превзошли все ожидания, поскольку посредством стимуляции через имплантированные Артуром Биктимировым электроды удалось вызвать ощущения, которые воспринимались как тактильные ощущения в руке (на самом деле отсутствующей после ампутации). Более того, испытуемые могли использовать эти ощущения в парадигме активного осязания, например, сканирования виртуальных тактильных объектов. Именно благодаря такой функциональности искусственных ощущений, вызываемых стимуляцией, удалось вытеснить фантомную боль и заменить их чувствительностью, приближающейся к нормальной. Наши сотрудники Михаил Синцов и Гурген Согоян тщательно картировали искусственные ощущения, вызываемые стимуляцией и подобрали параметры для оптимальной стимуляции. Они также записали ЭЭГ во время фантомной боли и без нее. Наши коллеги, Дария Клеева и Кирилл Половников, будут еще внимательно анализировать эти данные, но их предварительный анализ уже показал, что состояние фантомной боли кластеризируется в многомерном нейрональном пространстве. Это важный результат для понимания механизмов нейропатической боли и для ее объективного мониторинга. В целом, совершен важный прорыв в нейротехнологиях, который поможет многим людям с ампутированными конечностями и неврологическими поражениями».

Дмитрий Цыганков (пациент):
«Результаты превзошли все ожидания. Я не ожидал того, что это возможно. Возникали различные ощущения реальной руки, появлялось ощущение тепла, ощущение живой ладони. Когда я держал теннисный мяч, его можно было реально ощутить пальцами. Это было просто невероятно». 

Анатолий Колот (пациент):
«Хочется, чтобы это продолжалось. Было ощущение сжатия живой рукой, не механическое, а сжатие реальной руки. Когда проект начинался, я думал, что это будет только про избавление от фантомных болей. Фантомные боли проще победить, чем почувствовать через протез. Те, кто в будущем примут участие в исследовании, возможно, почувствуют что-то другое. Но я рекомендую всем попробовать, это очень интересно». 

Артур Биктимиров, функциональный нейрохирург Медцентра ДВФУ, эксперт Центра НТИ ДВФУ по направлению «Нейротехнологии и технологии VR/AR»: 
«У обоих пациентов нам удалось достичь снижения фантомных болей и получить два вида чувствительности – ощущение давления и перцептивную чувствительность. То есть, пациент мог сказать, закрыт у него протез или открыт и держит ли он в протезе какой-либо предмет. Во всем мире найдется с десяток команд, занимающихся подобными проблемами. Но готовых решений нет ни у кого. Российская команда намерена наращивать темп. Сейчас мы анализируем полученные результаты, и исходя из этого будем выстраивать исследовательские процессы на весну 2022 года».

Кирилл Каем, старший Вице-президент по инновациям Фонда «Сколково»: 
С 2014 года команда «Моторики», резидента Фонда «Сколково», шаг за шагом двигается от простого к сложному в направлении инвазивных технологий. Всего в мире 4-5 команд, которые могут это делать на высоком уровне и находить новые решения, и «Моторика» уже начала демонстрировать результаты в этой сложной мультидисциплинарной области. Стоит отметить, что в процессе работы было удачным решением привлечь медицинский центр ДВФУ, Сколтех, предполагаю, что далее команду нужно будет расширять, проект будет обрастать новым коллаборациями и подходами, сегодня это один из лидирующих проектов на международной арене. Весь мир долго обсуждал возможности неинвазивных протезов, предполагалось, что будут более сложные математические модели и датчики, которые смогут снимать мио и мозговые импульсы с возможностью управлять периферическими устройствами, поэтому можно с уверенностью сказать, что инвазивные технологии становятся совершенней –– это уже данность. В ближайшем будущем человек с имплантированной системой сможет совершенно спокойно вернуться к привычной жизни и с легкостью управлять протезами как настоящими частями тела со значимой степенью удобства.

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