Ощущение в реальности: чувствительные протезы излечат от фантомных болей
Российские разработчики приблизились к созданию электронного протеза ноги, который может вернуть пациенту способность чувствовать конечность. Хирурги имплантировали в культю участника эксперимента электроды, которые соединили с датчиком на искусственной стопе. Он генерирует электрический сигнал, поступающий в нервную систему человека и преобразующийся в ощущения. За счет электрической стимуляции ученым удалось избавить мужчину от фантомной боли. Также они выяснили, каким видам чувствительности соответствует стимуляция током с различными характеристиками. По словам ученых, полученные результаты важны как для фундаментальных исследований, так и для прикладных задач.
И чувствовать спешит
Специалисты компании «Моторика» на базе медицинского центра ДВФУ совместно с коллегами из Сколтеха ведут разработку чувствительного протеза ног. Ученые имплантировали пациенту в культю и спинной мозг электроды. Через них им удалось передать в нервную систему человека сигналы с датчиков, установленных на искусственном аналоге стопы. Кроме того, направленное электрическое воздействие позволило избавить участника исследования от фантомных болей.
— Наша разработка решает сразу две ключевые проблемы людей с ампутациями: купирует фантомные боли, которые сложно убрать фармакологически, а также возвращает утраченные ощущения. Наша гипотеза состоит в том, что очувствление протезов ног избавит человека от избыточных усилий при ходьбе, позволит в дальнейшем разработать управляемую бионическую стопу, защитить спину от повреждений и асимметричной нагрузки, а также повысит психологический комфорт, так как протез ноги перестает восприниматься как средство реабилитации или гаджет и ощущается как своя собственная конечность, — сказал руководитель инвазивных исследований «Моторики» Юрий Матвиенко.
Следующий этап исследований запланирован на второе полугодие 2023 года. В нем группа специалистов расширит выборку пациентов и попробует зафиксировать более широкий спектр различных ощущений от стимуляции нервной системы, а также новые технические решения в протезировании.
Работе над протезом ноги предшествовали два этапа исследований, посвященных очувствлению протезов рук, которые также могли бы передавать ощущения. В первом этапе исследования приняли участие два человека с парной ампутацией верхних конечностей.
В ходе хирургической операции нервы в предплечьях пациентов соединили с электродами. Затем ученые выяснили, какие ощущения у участников вызывают импульсы тока с разными характеристиками. Выяснилось, что это могло быть, например, сжатие фантомной руки, вибрация в пальцах. На протезы рук ученые установили датчики давления, которые генерировали электрические импульсы. С их помощью пациенты смогли, не глядя, на ощупь определить маленький или большой размер предметов.
Во втором этапе исследования участвовали трое добровольцев с различными травмами рук, которым также имплантировали электроды. В этом исследовании, помимо габаритов (большие, средние, маленькие) предметов, они смогли различить также мягкое и твердое.
Правда в ногах
— Прошлые операции по очувствлению протезов рук продемонстрировали положительные результаты, поэтому мы решили двигаться дальше и работать с нижними конечностями. Сейчас мы установили три электрода на периферические нервы и спинной мозг. Таким образом мы создаем систему, которая будет работать с последствиями ампутации как верхних, так и нижних конечностей, — сказал нейрохирург, проводивший имплантацию, эксперт Центра компетенций НТИ на базе ДВФУ Артур Биктимиров.
Артур Биктимиров имплантирует электроды в культю ноги и спинной мозг
После экспериментов на руках ученые смогли наблюдать у пациентов похожие ощущения в областях ступни и колена, рассказал «Известиям» исследователь Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха Гурген Согоян. По словам специалиста, нередко пациент сообщал, что чувствует.
Это позволило специалистам провести дополнительные электрофизиологические эксперименты, например записать потенциалы мозга во время стимуляции электродов при помощи ЭЭГ. Эти исследования интересны с фундаментальной точки зрения, но также необходимы для прикладной разработки нейропротезов с сопутствующим подавлением фантомных болей, рассказал эксперт.
По словам главного научного сотрудника ИЭФБ РАН Михаила Лебедева, тестирование системы очувствления протезов на пациентах с ампутацией нижних конечностей — важный этап проекта, поскольку их иннервация, управление и ощущения существенно отличаются от верхних. Известно, что стопа — сложнейший орган чувствительности, необходимый для управления позой и ходьбой. Также иннервация ног больше зависит от подкорковых центров мозга, поэтому ее особенности нужно тщательно исследовать.
— Первые полученные результаты впечатляют, так как они указывают на возможность очувствления фантомной стопы и на снижение фантомной боли, — сказал Михаил Лебедев.
Испытуемый в слепом тесте определяет текстуру поверхностей
Как пояснил «Известиям» ректор ДВФУ Борис Коробец, аналогов таких изделий нет. В мире не существует протезов, которые возвращали бы чувствительность. Именно в России разработчики, ученые и хирурги впервые объединились для проведения операций с инвазивной микроэлектроникой, которая обеспечивает взаимодействие бионики с организмом человека.
Сейчас этой технологией интересуются специалисты по всей стране. Разработчики надеются, что проект поможет людям из разных регионов и за границей вернуть привычные ощущения.
