Вживленные в мозг электроды дают чувство осязания и помогают управлять рукой

Сегодня уже достигнуты значительные успехи в разработке новых протезов с простым осязанием, но исследователи надеются добиться большего. Ученые и инженеры работают над тем, чтобы обеспечить протезами тех, кто страдает от повреждений спинного мозга, не способен чувствовать и контролировать свои конечности, кому требуется роботизированная замена, управляемая непосредственно от коры головного мозга.

В течение многих десятилетий, главная цель неврологов состояла в разработке новых технологий для создания более совершенных протезов, чтобы помочь людям с травмами спинного мозга восстановить владение конечностями. Частью этих усилий было создание средств передачи сигналов мозга к отключенным нервам в поврежденных конечностях или к роботизированным протезам, которые могли перемещаться простым и естественным способом с помощью мысли.

Тем не менее, все это имеет лишь ограниченное применение, потому что кроме способности управления роботизированной или естественной конечностью для пациента важно также чувство осязания, чтобы он знал о точности захвата или положения руки. Без этой обратной связи очень трудно контролировать протез должным образом даже при постоянной концентрации или компьютерной помощи.

Биоинженеры, специалисты по компьютерам и медицинские исследователи из Университета Вашингтона и Национального научного центра фонда сенсомоторной нейронной инженерии (CSNE) стремятся разработать электронную систему, которая обеспечивает двустороннюю связь между частями нервной системы.

Двунаправленная система интерфейса мозг-компьютер посылает двигательные сигналы к конечности или протезу и возвращает сигнал сенсорной обратной связи через прямую стимуляцию коры головного мозга. Исследователи говорят, что они впервые добились решения этой задачи с реальным пациентом.

При разработке новой системы, были набраны пациенты-добровольцы, которые страдали тяжелой формой эпилепсии. Пациенты были оснащены набором электродов ElectroCorticoGraphic. Они были имплантированы на поверхности мозга, чтобы обеспечить предварительную оценку состояния пациента и стимулировать области мозга к ускоренной реабилитации. Инплантированные электроды обеспечили более сильные сигналы, в сравнении и размещаемыми на волосистой части головы электродами.

Затем пациенты получили перчатки, оснащенные датчиками, которые могли бы отслеживать положение их руки, использовать различную силу тока, чтобы указать положение и стимулировать мозг через электроды.

Пациенты использовали эти искусственные сигналы, подаваемые в мозг, чтобы «чувствовать», как переместилась их рука под воздействием от исследователей. Тем не менее, это не простая ситуация. Ощущение очень неестественное и немного напоминает эксперименты с искусственным зрением в 1970-х годах, когда слепые пациенты получали «зрение» с помощью устройства, которым прикрывали спину и формировали на нем геометрические узоры.

В процессе экспериментов, трое пациентов попросили переместить их руку в заданное положение, используя только сенсорную обратную связь с перчаткой. Если бы они открыли свои пальцы слишком далеко от метки, никакой стимуляции не происходило, но когда они сжимали пальцы руки, сигнал стимуляции появлялся и увеличивалась интенсивность.

Есть надежда, что в последующем такие искусственные устройства обратной связи помогут усовершенствовать протезы, нейронные имплантанты и другие методы, чтобы обеспечить движение искусственных или поврежденных конечностей и ощущения от них.