Мозг управляет современными искусственными конечностями

Швейцарские ученые из центра нейропротезирования EPFL использовали функциональную магниторезонансную визуализацию, чтобы показать, как мозг переопределяет двигательные и чувствительные пути после целевой моторно-сенсорной реиннервации (TMSR).

TMSR (Targeted motor and sensory reinnervation) – это хирургическая процедура для пациентов с ампутированными конечностями. TMSR перенаправляет остаточные нервы конечности к неповрежденным мышцам и коже для того, чтобы они соответствовали протезу конечности, что обеспечивает невиданные ранее возможности управления. По сути TMSR изменяет способ, которым мозг обрабатывает управление движением и входной соматосенсорный (воспринимаемый кожей) сигнал. Однако детальные механизмы мозга никогда ранее не были исследованы и эффективность протезов TMSR будет зависеть от способности понять способы, с помощью которых мозг сопоставляет эти пути. Ученые из EPFL использовали магнитное поле компьютерного томографа 7 Tesla, чтобы показать, как TMSR влияет на представление верхних конечностей в мозге пациентов с ампутированной конечностью, в частности, в первичной моторной и соматосенсорной коре и в зонах, отвечающих за более сложные функции мозга.

TMSR использовался для совершенствования управления протезами верхних конечностей. Оставшиеся нервы ампутированной конечности используются для реиннервирования и активации новых функций мышц. Таким образом, установленный пациенту протез с TMSR отправляет моторные команды к реиннервированным мышцам, где движения декодируются и отправляются в протез. С другой стороны, непосредственная стимуляция кожи над реиннервированными мышцами передается обратно в мозг, вызывая сенсорное восприятие отсутствующей конечности.

Но как мозг кодирует и интегрирует такие искусственные прикосновения и движения протеза конечности? Как это повлияет на нашу способность лучше интегрировать и контролировать протезы? Достижение и точная настройка такого контроля зависит от того, как мозг пациента перераспределяет различные двигательные и соматосенсорные пути в моторной и соматосенсорной зонах коры головного мозга.

Ученые использовали функциональную магнитно-резонансную томографию (МРТ) – метод, который измеряет активность мозга, регистрируя кровоток через него. Это дало им беспрецедентное представление о громадной пространственной разрешающей способности в организации первичной двигательной и соматосенсорной коры каждого пациента.

Это исследование демонстрирует необходимость дальнейшего технического усовершенствования, такого как интеграция соматосенсорной обратной связи в современные протезы, что позволит двигать ими и чувствовать их как настоящие конечности.