Каханне ў пратэзаванні

Яшчаркі могуць аднаўляцца пасля страты хваста, а крабы могуць аднаўляцца пасля страты ног, але ў параўнанні з гэтымі, здавалася б, «прымітыўнымі» жывёламі, людзі ў ходзе эвалюцыі страцілі вялікую частку здольнасці да рэгенерацыі. Здольнасць да рэгенерацыі канечнасцяў у дарослых амаль нулявая, за выключэннем немаўлятаў, якія могуць рэгенераваць, калі страцяць кончыкі пальцаў. У выніку, якасць жыцця тых, хто страціў канечнасці з-за няшчаснага выпадку або хваробы, можа моцна пацярпець, а пошук біялагічнай замены быў важным варыянтам для лекараў, каб палепшыць жыццё людзей з ампутацыяй.

Яшчэ ў Старажытным Егіпце існуюць запісы аб пратэзах. У «Знаку чатырох» Конан Дойла таксама ёсць апісанне забойцы, які выкарыстоўвае пратэзы канечнасцяў, каб забіваць людзей.

Аднак такое пратэзаванне забяспечвае простую падтрымку, але наўрад ці істотна палепшыць жыццёвы вопыт хворага. Добрае пратэзаванне павінна мець магчымасць пасылаць сігналы ў абодва бакі: з аднаго боку, пацыент можа аўтаномна кіраваць пратэзаваннем; З іншага боку, пратэз павінен мець магчымасць адпраўляць адчуванні ў сэнсарную кару галаўнога мозгу пацыента, як натуральная канечнасць з нервамі, даючы ім пачуццё дотыку.

Папярэднія даследаванні былі сканцэнтраваны на расшыфроўцы мазгавых кодаў, каб суб'екты (малпы і людзі) маглі кантраляваць робатызаваныя рукі сваім розумам. Але таксама важна надаць пратэзу сэнс. Здавалася б, просты працэс, як хапанне, уключае складаную зваротную сувязь, бо мы падсвядома рэгулюем сілу пальцаў у залежнасці ад таго, як адчуваюць сябе рукі, каб не саслізгваць рэчы і не заціскаць іх занадта моцна. Раней пацыентам з пратэзамі рук даводзілася разлічваць на трываласць прадметаў на вочы. Трэба шмат увагі і энергіі, каб зрабіць тое, што мы можам зрабіць на хаду, але нават тады яны часта ламаюць рэчы.

У 2011 годзе Універсітэт Дзюка правёў серыю эксперыментаў на малпах. У іх малпы выкарыстоўвалі свой розум, каб маніпуляваць віртуальнымі робатамі, каб захопліваць прадметы з розных матэрыялаў. Віртуальная рука пасылала розныя сігналы ў мозг малпы, калі яна сутыкалася з рознымі матэрыяламі. Пасля трэніроўкі малпы змаглі правільна выбраць той ці іншы матэрыял і атрымаць харчовую ўзнагароду. Гэта не толькі папярэдняя дэманстрацыя магчымасці надаць пратэзам адчуванне дотыку, але і сведчыць аб тым, што малпы могуць інтэграваць тактыльныя сігналы, якія пасылае мозг пратэза, з сігналамі кіравання рухавікамі, якія адпраўляюцца мозгам у пратэз, забяспечваючы поўную дыяпазон зваротнай сувязі ад дотыку да адчування для кіравання выбарам рукі на аснове адчуванняў.

Эксперымент, хоць і быў добрым, быў чыста нейробиологическим і не ўключаў фактычнага пратэза канечнасці. А для гэтага трэба сумясціць нейрабіялогію і электратэхніку. У студзені і лютым гэтага года два універсітэты Швейцарыі і ЗША апублікавалі працы незалежна адзін ад аднаго, выкарыстоўваючы адзін і той жа метад для прымацавання сэнсарных пратэзаў да эксперыментальных пацыентаў.

У лютым навукоўцы з Політэхнічнай школы ў Лазане (Швейцарыя) і іншых устаноў паведамілі пра свае даследаванні ў артыкуле, апублікаванай у Science Translational Medicine. Яны далі 36-гадоваму суб'екту Дэнісу Аабо С? Рэнсена з 20 сэнсарнымі ўчасткамі ў руцэ робата, якія вырабляюць розныя адчуванні.

Увесь працэс складаны. Спачатку лекары рымскай бальніцы Гімілі імплантавалі электроды ў два нервы рук Сорэнсена, сярэдні і локцевы нервы. Локцевы нерв кіруе мезенцам, а сярэдні нерв кантралюе паказальны і вялікі палец. Пасля імплантацыі электродаў лекары штучна стымулявалі сярэдні і локцевы нервы Сорэнсена, даючы яму тое, чаго ён даўно не адчуваў: ён адчуваў, як рухаецца яго адсутная рука. А гэта значыць, што ў нервовай сістэме Сорэнсена няма нічога дрэннага.

Затым навукоўцы з Ecol Polytechnique ў Лазане прымацавалі да робатызаванай рукі датчыкі, якія маглі пасылаць электрычныя сігналы на аснове такіх умоў, як ціск. Нарэшце даследчыкі злучылі руку робата з адрэзанай рукой Сорэнсена. Датчыкі ў робатызаванай руцэ займаюць месца сэнсарных нейронаў у руцэ чалавека, а электроды, устаўленыя ў нервы, замяняюць нервы, якія могуць перадаваць электрычныя сігналы ў страчанай руцэ.

Пасля наладкі і адладкі абсталявання даследчыкі правялі шэраг выпрабаванняў. Каб прадухіліць іншыя адцягванні, яны завязалі Сорэнсену вочы, заклалі яму вушы і дазволілі дакранацца толькі рукой-робатам. Яны выявілі, што Сорэнсен можа не толькі меркаваць аб цвёрдасці і форме прадметаў, да якіх ён дакранаўся, але і адрозніваць розныя матэрыялы, такія як драўляныя прадметы і тканіна. Больш за тое, маніпулятар і мозг Сорэнсена добра каардынаваныя і чуйныя. Такім чынам, ён можа хутка наладзіць сваю сілу, калі ён што-небудзь бярэ ў рукі, і трымаць яго ў стане. «Гэта мяне здзівіла, таму што РАПАТАТА я адчуў тое, чаго не адчуваў за апошнія дзевяць гадоў», — сказаў Сорэнсен у відэароліку, прадастаўленым Політэхнічнай школай у Лазане. «Калі я рухаў рукой, я мог адчуваць, што я раблю, замест таго, каб сачыць за тым, што я раблю».

Падобнае даследаванне было праведзена ва ўніверсітэце Case Western Reserve ў ЗША. Іх суб'ектам быў 48-гадовы Ігар Спеціч з Мэдысана, штат Агаё. Пры вырабе алюмініевых дэталяў для рэактыўных рухавікоў ён страціў правую руку, калі на яго ўпаў молат.

Тэхніка, якую выкарыстоўвалі даследчыкі Універсітэта Case Western Reserve, прыкладна такая ж, як і тэхніка, якая выкарыстоўваецца ў ECOLE Polytechnique ў Лазане, з адным важным адрозненнем. Электроды, якія выкарыстоўваліся ў Політэхнічнай школе ў Лазане, прабілі нейроны на руцэ Сорэнсена ў аксон; Электроды ў Універсітэце Case Western Reserve не пранікаюць у нейрон, а акружаюць яго паверхню. Першы можа даваць больш дакладныя сігналы, даючы пацыентам больш складаныя і нюансаваныя пачуцці.

Але гэта мае патэнцыйныя рызыкі як для электродаў, так і для нейронаў. Некаторыя навукоўцы занепакоеныя тым, што інвазівныя электроды могуць выклікаць хранічныя пабочныя эфекты на нейроны, і што электроды будуць менш трывалымі. Аднак даследчыкі абодвух інстытутаў упэўненыя, што змогуць пераадолець слабыя бакі свайго падыходу. Spiderdick таксама стварае даволі дакладнае пачуццё аддзялення ад наждачнай паперы, ватных шарыкаў і валасоў. Даследнікі з Політэхнічнай школы ў Лазане, аднак, заявілі, што яны ўпэўненыя ў трываласці і стабільнасці іх інвазівного электрода, які доўжыўся ад 9 да 12 месяцаў у пацукоў.

Тым не менш, пакуль рана выстаўляць гэта даследаванне на рынак. Акрамя даўгавечнасці і бяспекі, выгоды сэнсарнага пратэзавання яшчэ далёка не дастаткова. Сорэнсан і Спэкдзік заставаліся ў лабараторыі, пакуль усталёўвалі пратэзы. Іх рукі, з вялікай колькасцю правадоў і гаджэтаў, зусім не падобныя на біянічныя канечнасці навуковай фантастыкі. Сільвестра Міцэра, прафесар Політэхнічнай школы ў Лазане, які працаваў над даследаваннем, сказаў, што пройдзе некалькі гадоў, перш чым першыя сэнсарныя пратэзы, якія выглядаюць гэтак жа, як звычайныя, могуць пакінуць лабараторыю.

"Я вельмі рады бачыць, што яны робяць. Я спадзяюся, што гэта дапаможа іншым. Я ведаю, што навука займае шмат часу. Калі я не магу выкарыстоўваць яе зараз, але наступны чалавек можа, гэта выдатна".

news

Час публікацыі: 14 жніўня 2021 г