Содержание
Когда наступит Deus Ex? Беседа с главой стартапа по разработке бионических протезов «Моторика» — Научпоп на DTF
Что такое бионические протезы, как они работают и в чём были правы создатели Deus Ex.
12 294
просмотров
Когда мы говорим «киберпанк», на ум сразу приходят слова «протезы», «аугментации» и «киборги». Роботизированные конечности и вживляемые чипы удивляют уже не так сильно, как полтора десятка лет назад, а вот их производство — процесс крайне интересный и полный неожиданных тонкостей.
Фотографии в этом материале взяты с официального сайта компании «Моторика»
Наступление эры киборгов, роботов и метавселенных приближают не только Facebook, Boston Dynamics и BionX, но и основанная в России компания «Моторика». С 2014 года команда учёных и инженеров занимается исследованиями в областях медицины, биотехнологий и робототехники.
Мы побеседовали с генеральным директором «Моторики» Ильёй Чехом и выяснили, как работают протезы, какое будущее у бионических технологий, в чём правы писатели-фантасты и зачем вживлять в ногу чип вибрации.
Что такое бионический протез и как он работает? Есть ли противопоказания к его использованию?
Определение термина «бионический протез» за последние годы сильно изменилось. Изначально бионическими назывались любые косметические объекты, которые устанавливались на месте утраченной конечности и имитировали её.
Однако со временем так стали называть высокотехнологичные устройства, работающие за счёт считывания изменений электрического потенциала на определённых участках кожи. Специальные датчики-потенциометры регистрируют напряжение мышц в культе и передают сигнал непосредственно приводу, который приводит отдельные пальцы или всю кисть в движение.
Привод программируется заранее: его учат сопоставлять получаемый сигнал с командами, заданными при производстве, и выполнять необходимое движение. При этом сигнал, посланный от мозга мышцам, может отличаться от получающегося в итоге жеста. Например, мозг приказывает руке сжаться в кулак, а заранее запрограммированный под этот сигнал протез выполняет другое движение.
Илья Чех
генеральный директор стартапа «Моторика»
Когда изготавливается роботизированный протез, создаётся электромиографический интерфейс. Это специальные датчики с небольшими электродами, которые касаются участка кожи над мышцами плеча и предплечья. Когда носитель осуществляет фантомное движение рукой, то есть представляет, что двигает кистью или сжимает кулак, мышцы пытаются эту команду выполнить, по ним пробегает электрический ток, и датчики этот ток считывают. Так протез понимает, что носитель хочет совершить то или иное действие, и приходит в движение.
Наша задача как протезистов — установить датчики над мышцами, которые в момент выполнения команды наиболее активны. Задача датчика — многократно усилить сигнал, потому что он очень слабый, очистить его от шумов и передать приводу».
Как работает бионический протез, в своём блоге в TikTok наглядно показывает Александра Вяткина (alex.cybergirl) — один из пользователей протезов «Моторики».
Этот и другие ролики о жизни русского киборга можно посмотреть в блоге девушки
Всего существует две итерации бионических протезов рук. Первая, с двумя датчиками, может исполнять простейшие сгибания и разгибания. Во второй итерации устанавливается шесть приводов, каждый из которых отвечает за пальцы рук. Два привода приходятся на большой палец — они регулируют его движения в пространстве и сгибание.
Функционально все протезы «Моторики» — руки с пальцами, однако их можно оснастить дополнительными модулями. Например, модулем PayPass — для оплаты покупок в одно касание.
Протезы в быту. Как установить и ухаживать за бионической конечностью? Мечтают ли робо-руки о сенсорных экранах?
Готовиться к получению бионического протеза нужно заранее. Перед установкой бионической руки носитель должен пройти курс тренировок, чтобы мышцы культи, приводящие роботизированную конечность в движение, пришли в необходимый тонус. Только после этого датчики смогут корректно считывать сигналы, а конечность — работать.
Базовое обучение пользованию протезом занимает всего пару дней, однако на полное освоение роботизированной руки и выработку условных рефлексов уходит около шести месяцев.
Иногда установить стандартный бионический протез на руку невозможно. При некоторых видах травм необходимые для работы мышцы попросту не функционируют, и тогда разработчикам приходится идти на хитрости. Для пользователя это оборачивается более долгим курсом тренировок, потому что довести управление конечностью до автоматизма в таких случаях гораздо сложнее.
Илья Чех
генеральный директор стартапа «Моторика»
Основное противопоказание — отсутствие электрических импульсов. Это часто происходит при электротравмах, когда сама мышца сохраняется, но по ней проходит очень сильный ток, который выжигает все нейроны. Тогда электрическая активность внутри мышцы перестаёт воспроизводиться, и она просто не работает. На таких конечностях невозможно установить датчики и, соответственно, считывать параметры фантомного жеста, который пытается выполнить носитель.
Но для такого человека протез всё равно можно изготовить, просто приняв более экзотические решения — например, переместив датчики на грудные мышцы или другую руку. В таком случае человека приходится переучивать, чтобы он мог заставить протез работать за счёт других, «неестественных» мышц.
В быту роботизированная рука — это самый обычный гаджет. Каждый вечер перед отходом ко сну бионический протез рекомендуется ставить на зарядку. Чтобы он корректно работал и не причинял носителю неудобств, конечность нужно регулярно обрабатывать специальными средствами. В остальном быт обладателя кибер-конечности максимально приближен к жизни простого человека.
Также пользователи современных бионических протезов могут без проблем пользоваться тачскринами и сенсорами. По словам Чеха, только «Моторике» удалось сделать протез, работающий со всеми типами поверхностей, которые считывают касание. Для этого учёные создали специальные силиконовые кончики пальцев с графеновыми нанотрубками.
Илья Чех
генеральный директор стартапа «Моторика»
Один из наших исследовательских проектов прошлого года был направлен на то, чтобы создать силиконовые кончики пальцев, которые будут работать с тачскринами. И мы смогли это сделать. Мы, фактически, единственная в мире компания, которая сумела создать протез, способный работать со всеми типами сенсорных экранов. И для этого не нужно использовать какие-то сложные решения, как, например, это делают зарубежные конкуренты.
Они замыкают контакты двигателя на кончиках пальцев, создавая таким образом потенциал. У нас же — просто силикон со специальными нанотрубками, имитирующими человеческую кожу. В принципе силикон по электроёмкости соответствует человеческой коже, поэтому любой экран считает, что его трогает человек.
Использование силиконовых наконечников пальцев с нанотрубками существенно удешевило производство протезов. Кибернетические конечности с таким функционалом ранее стоили более 30 тысяч долларов, однако сейчас их стоимость упала почти в 15 раз.
Как правило, специальные наконечники устанавливаются только на один из пальцев, указательный или мизинец, однако по запросу клиента силиконом с нанотрубками можно оснастить всю кисть.
Протез должен быть не мелкосерийным и дорогим медицинским изделием, а доступной носимой электроникой, как смарт-часы или смартфон. Мы не просто восстанавливаем функционал руки, но и расширяем его.
Василий Хлебников, сооснователь и директор по развитию стартапа «Моторика»
Протезы и психология. Стереотипы, борьба с агрессией и фантомная боль
По мнению нашего собеседника, дети и взрослые с кибернетическими конечностями сталкиваются с совершенно разными проблемами в обществе.
На фото — мальчик Матвей из Санкт-Петербурга. Свой первый тяговый протез он получил в возрасте четырёх лет
Общество часто считает взрослых людей с бионическими конечностями беспомощными, неполноценными.
В этом случае главная опасность для человека с протезом — принять навязываемую социумом пассивную позицию жертвы и не пытаться адаптироваться к новым жизненным условиям; прекратить развиваться. Хотя в современном мире человек с физическими ограничениями всё равно может добиваться высоких результатов.
Проблема в том, что общество убеждает таких людей, дескать, они инвалиды и ни на что не способны. Большинство принимает эту роль и мало что хочет с этим сделать. И здесь наша задача с точки зрения психологической работы с клиентами — показать им, что с помощью протеза и желания можно заниматься чем угодно, менять свою жизнь, менять свою профессию и так далее.
Илья Чех, генеральный директор стартапа «Моторика»
На фото — обладатель бионического протеза Екатерина. Девушка рассказывает, что поначалу люди, завидев кибер-конечность, крестились
С детьми ситуация обстоит несколько сложнее. На ребёнка без руки могут серьёзно давить сверстники, испытывающие естественный страх перед непонятным и неизвестным.
Косметический протез, имитирующий конечность и скрывающий недостаток руки, тоже может вызвать отторжение. В таких условиях особенность важно превратить в нечто привлекательное. Как правило, для этого достаточно изготовить протез с ярким и привлекающим внимание дизайном. Тогда ребёнок не будет стыдиться себя и бояться людей вокруг, а окружающие его дети будут проявлять к диковинке интерес.
Наши протезы как раз нацелены на то, чтобы максимально себя показать, выставить напоказ свою особенность, не прятать её. И если протез интересен в своём дизайне и раскраске, он сразу привлекает внимание. Даже если у детей, которые ходят с нашими протезами, поначалу были какие-то сложности с социализацией, они быстро заканчиваются. Они становятся, скажем так, центром общения: всем становится интересно, все хотят потрогать, попробовать. Мы делаем недостаток привлекательным.
Илья Чех
, генеральный директор стартапа «Моторика»
На фото — девочка Аня из города Ейск.
Со своим протезом девочка почти никогда не расстаётся и даже слушает музыку через встроенный плеер
Особняком стоит вопрос терапии фантомных болей. Так называются зачастую неприятные ощущения в уже отсутствующих конечностях. Как объяснил наш собеседник, боль возникает, когда мозг отправляет в несуществующую конечность сигнал и не получает сенсорный ответ. Тогда пациенты испытывают различные неприятные ощущения — например, им может казаться, что они подставляют пальцы под горячую воду или сжимают кулаки.
Среди детей с врождёнными патологиями фантомная боль встречается редко. Гораздо шире она распространена среди тех, кто утратил конечности при травмирующих обстоятельствах. В этих случаях 65–70% пациентов испытывают психосоматический дискомфорт.
Скриншот видеоигры Metal Gear Solid V: The Phantom Pain
Природа фантомной боли до конца не изучена, однако уже разработаны несколько методик, позволяющих её так или иначе убрать. Специалисты «Моторики» запустили проект, позволяющий избавиться от этого явления за счет электростимуляций.
К определённым нейронам присоединяются электроды, имитирующие сенсорный ответ и успокаивающие таким образом мозг. С помощью этих же электродов, рассказал Илья Чех, можно имитировать ощущения от конечности. Благодаря этой технологии протезы теоретически могут обрести чувствительность.
Ранее разработкой интерфейсов для протезов, имитирующих тактильную чувствительность, занялось Управление перспективных исследований и разработок министерства обороны США (DARPA). В 2015 году оно запустило проект HAPTIX — Hand Proprioception and Touch Interfaces. Специалисты HAPTIX также основывают свои разработки на вживлении внутримышечных электродов.
Василий Иванов — первый россиянин, прошедший операцию по вживлению электродов для очувствления протеза. Импланты позволили мужчине серьёзно облегчить фантомные боли, которыми он страдал более 20 лет
Протезы и этика. Когда наступит киберпанк с аугментациями?
Мы с Ильёй Чехом обсудили и более отдалённое будущее, описанное в фантастических видеоиграх и других произведениях.
По мнению нашего собеседника, достаточно правдоподобную картину показали создатели серии Deus Ex. Однако разработчики сильно опередили события: да, показанный ими мир имеет все шансы наступить, но не так уж скоро. По мнению Чеха, люди смогут без ограничений модифицировать своё тело через 80–100 лет.
Они зашли очень далеко, но сделали всё правдоподобно. И если мы говорим о концепции Deus Ex, то есть глобальных модификациях человеческого тела, то это, на наш взгляд, неизбежное будущее. И мы — сторонники этого будущего, мы пропагандируем его.
Илья Чех
, генеральный директор стартапа «Моторика»
История Адама Дженсена вполне может произойти в реальности, но не так скоро, как представили разработчики Deus Ex: Human Revolution
Но чтобы это будущее наступило, технологии имплантации и протезирования должны пройти ещё очень долгий путь. Предстоит долгая отработка материальной базы: некоторых технологий ещё попросту нет, а ещё нужно разработать необходимые инструменты и обучить целое поколение специалистов.
В России все исследования в этой области сейчас связаны с решением конкретных медицинских задач. Если нет запроса на решение проблемы, связанной с угрозой жизни и здоровью человека, комиссия по этике может и не пропустить инициативы исследователей.
Чтобы запустить исследование, нужно пройти так называемый этический комитет. Он состоит из медиков, чиновников, юристов, которые в проекте оценивают соотношение рисков для жизни и пользы для человека.
И представьте, что вы туда подаёте проект по пришиванию третьей руки. Технически это возможно, вот только зачем? Такие проекты на уровне комитетов не пропускаются. И то же самое будет, например, с вживлением чипа для хранения информации или улучшения возможностей человека.
Илья Чех
, генеральный директор стартапа «Моторика»
Известная испанская танцовщица Мун Рибас вживила в своё тело чип вибрации. Благодаря ему она может чувствовать землетрясения и использует эти колебания в своих выступлениях.
Источник: Material Magazine
Чтобы объяснить положение современной разработки протезов и имплантов, Чех провел параллель с пластической хирургией. Активное развитие этой области началось после Второй мировой войны, когда многочисленным ветеранам и жертвам боевых действий требовалось замаскировать причиненные увечья.
В течение нескольких следующих десятилетий пластическая хирургия наработала мощную материальную базу, специалисты набили руку на операциях, и постепенно их деятельность начала переходить на косметическую индустрию. Точно так же и человеческое тело начнут серьёзно улучшать только через 20–30 лет, уверен гендир «Моторики».
Думаю, похожая история будет и с инвазивными технологиями. Сейчас всё регулирование нацелено на то, чтобы они носили сугубо медицинское применение, поскольку технологии пока ещё сырые. Многое ещё нужно открыть и отладить для полностью безопасного применения.
Но уже через 20–30 лет, я думаю, появятся модификации для улучшения своих возможностей.
Для того, чтобы отработать материальную базу, нужен благовидный предлог, и медицина — гораздо более благовидный предлог, чем просто пришивание третьей руки.
Илья Чех
, генеральные директор стартапа «Моторика»
Для того, чтобы отработать материальную базу, нужен благовидный предлог, и медицина — гораздо более благовидный предлог, чем просто пришивание третьей руки.Девушка на фото — художник-оформитель Александра. Она считает бионический протез не прямой заменой руки, а аксессуаром со множеством возможностей
Протезы и искусственный интеллект. Может ли кибер-рука захватить контроль над хозяином?
Сейчас искусственный интеллект в протезировании используется ограниченно. Его активно применяют только для распознавания жестов при разработке сложных протезов. В таких устройствах вместо двух потенциометров на культю устанавливается целая сетка из датчиков, а привод, используя технологии машинного обучения, пытается распознать команды и выполнить более сложные жесты.
Илья Чех
генеральный директор стартапа «Моторика»
Сейчас это основное функциональное применение искусственного интеллекта в протезах, но оно пока успеха не достигло.
Я считаю, что с точки зрения именно электромиограмм использование этой технологии невозможно.
У нас есть похожее исследование, но мы его ведём на совершенно другом типе интерфейсов. Мы используем оптические датчики, которые вкупе с машинным обучением позволяют распознавать даже мелкую моторику вплоть до движений отдельных пальцев, параллельно считывая биометрические показатели. Принцип работы почти как у смарт-часов: мы при помощи этих же датчиков считываем температуру, кровяное давление, сатурацию крови и так далее.
В остальных аспектах искусственный интеллект в протезах попросту не нужен. Поэтому незнакомый механический голос в голове у носителя кибернетической конечности точно не зазвучит.
И всё же не оставляйте свои протезы наедине с колюще-режущими предметами. Оригинал видео
Мир, в котором люди свободно модифицируют своё тело, обязательно наступит, уверен наш собеседник. В определённый момент аугментации и протезы станут обязательным условием для выживания и развития — пуристы, заботящиеся о неприкосновенности своего тела для железа, перестанут быть востребованными, как сейчас — люди без элементарных знаний и навыков.
Мы считаем, что протезы будут применяться в том числе для увеличения срока жизни и функциональности, для лечения болезней и так далее. Это будет сравнимо со знанием английского языка: если ты сегодня не знаешь английский, ты мало чего можешь добиться в жизни. Та же история будет и с модификациями: если ты будешь обычным человеком из плоти и крови, у тебя будет существенно меньше возможностей, чем у людей с модификациями.
Илья Чех, генеральный директор стартапа «Моторика»
Кибернетические протезы — не фантастика, а часть повседневной жизни — Архив публикаций и новостных статей портала DISLIFE
Первый удар по мячу на открытии чемпионата мира по футболу в Бразилии в 2014 году должен сделать парализованный человек. Еще десятилетие назад подобное казалось немыслимым, но теперь экзоскелет, напрямую подключенный к кибернетическим имплантатам в мозгу, дает такую возможность.
Этим жестом Бразилия, которая потратила на подготовку футбольного чемпионата $ 3,2 млрд и намерена вложить еще столько же, хочет показать свою готовность войти в когорту не только экономически развитых стран.
Символичный удар по мячу должен продемонстрировать, что огромные затраты страны в науку окупились и начали приносить фактический результат.
По мнению бразильского нейрохирурга Мигеля Николелиса из Университета Дьюка, его страна находится на пороге огромных открытий в бионическом протезировании. “У нас сошлись и политическая воля, и частные инвестиции — и поэтому вскоре мы сможем делать кибернетические протезы массово”, — говорит ученый Корреспонденту.
Конечно, Бразилия пока не стоит на самом острие бионического прогресса. Тут главную роль играют США и ЕС, потратившие за последние десять лет на исследования в области мозга и совместимости человека с машиной более $ 20 млрд.
Так, Американское агентство передовых исследовательских проектов (DARPA), подконтрольное министерству обороны, в начале марта презентовало протез руки, которым человек может не только управлять с помощью мыслей, но и осязать. На ладони размещено несколько сотен сенсоров, передающих прямо в мозг информацию о температуре, плотности и даже текстуре объекта.
Как сообщили Корреспонденту разработчики этого протеза, пока он не поступил в серийное производство, но когда пройдут испытания на добровольцах, протез можно будет купить примерно за $ 100 тыс. Это должно произойти к 2016 году.
Эксперты утверждают, что за несколько лет киборгизация прошла путь от фантастики до вполне реальных проектов, которые начали реализовывать частные компании. В итоге уже очень скоро люди, потерявшие конечности, смогут заменить их на вполне функциональные киберпротезы.
Запрос войны
“Идею протезов, подключенных к мозгу, мы разрабатывали достаточно давно. Но только теракты 11 сентября и войны в Афганистане и Ираке сделали ее такой актуальной”, — отмечает ведущий исследователь DARPA Майкл Маклахлин.
По его словам, в результате военных операций на Ближнем Востоке в США домой вернулись более 5 тыс. раненых, причем 1.500 из них потеряли конечности в бою. Согласно отчету исследовательской службы Пентагона, высокий процент ампутантов связан с тем, что это были во многом партизанские кампании и особенно много солдат подрывались на противопехотных минах.
США впервые со времен войны во Вьетнаме столкнулись с таким количеством военных-инвалидов, и потому идея киберпротезирования стала попыткой облегчить им жизнь.
Впрочем, запустила программу еще администрация Джорджа Буша-младшего. Тогда система представлялась довольно простой — обеспечить подключение протеза с помощью микропроцессоров прямо к мозгу или к сети нервных окончаний. На это в Белом доме не жалели средств, вложив в проект более $ 300 млн.
Однако с началом экономических проблем в США объем финансирования значительно сократился. Маклахлин говорит, что в 2009 году протезы с высокой степенью мобильности уже были готовы к испытаниям, но затем средства урезали, и проект закрылся.
“Тем более, нам не хватало доскональной карты человеческого мозга, чтобы узнать, куда именно подключать электроды”, — добавляет эксперт. В 2010-м в DARPA заявили, что пока сворачивают программы бионического протезирования для инвалидов Афганистана и Ирака.
Казалось, долгая борьба США с кризисом похоронит этот проект, как и многие другие перспективные разработки.
Но через несколько лет частный бизнес пришел в эту сферу и стал усиленно развивать исследования.
С 2012-го частные компании инвестировали в протезирование $ 1,4 млрд. Видя такую инициативу, президент США Барак Обама заявил о возрождении идеи полномасштабного картирования мозга — создания развернутой схемы всех нейронов и соединений.
В апреле прошлого года в Белом доме состоялась презентация новой программы BRAIN Initiative с бюджетом в $ 300 млн в год на следующие десять лет. В то же время появилось несколько десятков компаний, которые специализируются на производстве таких протезов. В итоге к 2014 году развитые страны оказались готовы к прорыву в бионике.
Карты и импульсы
По последней информации Ассоциации нейробиологов США, человеческий мозг содержит приблизительно 80 млрд нейронов, соединенных друг с другом. В связи с этим создать хотя бы приблизительную карту мозга невероятно сложно. Тем не менее уже более десяти лет ученые в США и Европе пытаются сделать это.
“Это нужно, чтобы узнать, какие участки мозга отвечают за определенные процессы в организме. Где хранится наша память или душа”, — поясняет Адам Гезли из Калифорнийского университета в Сан-Франциско.
Сейчас наиболее привлекательным для картирования является метод, когда с помощью особенно точного МРТ определяется передвижение молекул воды в клетках мозга, для того чтобы увидеть в нем самые маленькие связи.
Если метод окажется успешным, то вскоре ученые получат точное представление о микроструктурах мозга. Гезли полагает, что для этого потребуется не меньше двух-трех лет. Хотя в 2011 году многие эксперты заявляли, что сама идея картирования мозга — утопия. Теперь об этом говорят спокойно и ждут первых испытаний новых карт.
Для киберпротезов картирование мозга важно тем, что позволяет определить, какие импульсы должен получать человек, чтобы двигать рукой или ногой. Сейчас, по утверждению Отто Бока, чья компания Bionic Industries занимается выпуском таких протезов, есть один способ присоединения искусственных рук людям.
Он заключается во вживлении сверхчувствительных электродов с компьютерным управлением в определенный отдел мозга человека. В случае замены конечностей сейчас эти части вживляют в центральную извилину мозга, которая отвечает за моторику организма. Если человек хочет пошевелить рукой, то импульс от нейронов передается на микрокомпьютер, находящийся в протезе.
Система имеет и обратную связь — в современных протезах сенсоры могут передавать импульсное возмущение в мозг, тем самым давая человеку чувствовать неживую руку. Также часть датчиков закреплена в мускулах плеча и груди, что дает возможность двигать ими одновременно.
“Конечно, это пока не новая рука. Она медленная и не такая ловкая, так как в ней в сотни раз меньше рецепторов”, — говорит Корреспонденту Эндрю Шварц из Питтсбургского университета.
По его мнению, существует также проблема, что обратная связь приносит человеку неприятные ощущения, так как электронные импульсы от датчиков не очень похожи на переданные по живым нервам сигналы.
Но ученый полагает, что после некоторой калибровки ситуация может измениться, причем это — дело считаных месяцев.
Следующим шагом после “чувствующей руки” может стать искусственный глаз, который будет передавать изображение прямо в мозг. Как считает Дэниел Моран, глава Moran Lab в Вашингтонском университете, пока это кажется маловероятным, но ситуация в картировании мозга и системе передачи импульсов стремительно меняется.
“Пока мы только на этапе разработки киберглаза, но если все удастся, то его тестирование начнется в 2016 году”, — говорит эксперт. Он отмечает, что сейчас один такой глаз может стоить $ 1-2 млн, но цена может упасть, так как технологии будут совершенствоваться.
Что касается киберпротезов, то в ЕС уже сейчас несколько компаний начали производить искусственные руки и ноги, которые могут быть подключены к мозгу и управляться мыслями.
Морана называет общую стоимость операции по вживлению датчиков и калибровке протеза: до $ 150 тыс. В дальнейшем эта цена будет только снижаться, и вскоре кибернетические руки перестанут быть диковинкой.
***
Этот материал опубликован в №12 журнала Корреспондент от 28 марта 2014 года. Перепечатка публикаций журнала Корреспондент в полном объеме запрещена. С правилами использования материалов журнала Корреспондент, опубликованных на сайте Корреспондент.net, можно ознакомиться здесь.
Иван Морозовицкий
Имплантируемая нейрокибернетическая протезная система
. 1991 янв.; 14(1):86-93.
doi: 10.1111/j.1540-8159.1991.tb04052.x.
Р С Терри
1
, В. Б. Тарвер, Дж. Забара
принадлежность
- 1 Cyberonics, Inc., Вебстер, Техас.
PMID:
1705341
DOI:
10.
1111/j.1540-8159.1991.tb04052.x
1111/j.1540-8159.1991.tb04052.xRS Терри и др.
Пейсинг Клин Электрофизиол.
1991 Январь
. 1991 янв.; 14(1):86-93.
дои: 10.1111/j.1540-8159.1991.tb04052.x.
Авторы
Р С Терри
1
, В. Б. Тарвер, Дж. Забара
принадлежность
- 1 Cyberonics, Inc., Вебстер, Техас.
PMID:
1705341
DOI:
10.1111/j.1540-8159.1991.tb04052.x
Абстрактный
Система нейрокибернетических протезов (NCP) представляет собой имплантируемый мультипрограммируемый генератор импульсов, который подает электрические сигналы постоянного тока на блуждающий нерв с целью снижения частоты и тяжести эпилептических припадков.
Сигналы доставляются по заранее определенному графику или могут быть инициированы пациентом с помощью внешнего магнита. Устройство имплантируется в подкожный карман в грудной клетке чуть ниже ключицы, аналогично размещению кардиостимулятора. Сигнал стимуляции передается от протеза к блуждающему нерву через электрод, соединенный с электродом, представляющим собой многовитковую силиконовую спираль с платиновой полоской на внутреннем витке одной спирали. Протез можно запрограммировать с помощью любого IBM-совместимого персонального компьютера с помощью программного обеспечения NCP и программатора.
Похожие статьи
Имплантируемая нейрокибернетическая система протезов.
Терри Р., Тарвер В.Б., Забара Дж.
Терри Р. и др.
Эпилепсия. 1990;31 Приложение 2:S33-7. doi: 10.1111/j.1528-1157.1990.tb05846.x.
Эпилепсия. 1990.PMID: 2226364
Клинический опыт со спиральным биполярным стимулирующим электродом.
Тарвер В.Б., Джордж Р.Э., Маскино С.Е., Холдер Л.К., Вернике Дж.Ф.
Тарвер В.Б. и соавт.
Пейсинг Клин Электрофизиол. 1992 г.; 15 октября (10 ч. 2): 1545–56. doi: 10.1111/j.1540-8159.1992.tb02933.x.
Пейсинг Клин Электрофизиол. 1992.PMID: 1383969
Стимуляция блуждающего нерва для контроля сложных парциальных припадков у пациентов с рефрактерной эпилепсией.
Уайлдер Б.Дж., Утман Б.М., Хаммонд Э.Дж.
Уайлдер Б.Дж. и др.
Пейсинг Клин Электрофизиол. 1991 января; 14(1):108-15. doi: 10.1111/j.1540-8159.1991.tb04054.x.
Пейсинг Клин Электрофизиол. 1991.PMID: 1705324
Стационарный опыт стимуляции ствола шейного блуждающего нерва при медикаментозно рефрактерной эпилепсии: обоснование, техника и результат.
Амар А.П., Хек К.Н., Леви М.Л., Смит Т., ДеДжорджио К.М., Овьедо С., Апуццо М.Л.
Амар А.П. и др.
Нейрохирургия. 1998 декабрь; 43(6):1265-76; обсуждение 1276-80. дои: 10.1097/00006123-199812000-00001.
Нейрохирургия. 1998.PMID: 9848840
Рассмотрение.
Стимуляция блуждающего нерва.
Schachter SC, Saper CB.
Шахтер С.К. и соавт.
Эпилепсия. 1998 г., июль; 39 (7): 677–86. doi: 10.1111/j.1528-1157.1998.tb01151.x.
Эпилепсия. 1998.PMID: 9670894
Рассмотрение.
Посмотреть все похожие статьи
Цитируется
Влияние немедикаментозных вмешательств на механизмы атеросклероза.
Матей Д., Букулей И., Лука С., Корчова С.П.
, Андритой Д., Фуиор Р., Иордан Д.А., Ону И.
Матей Д. и др.
Int J Mol Sci. 2022 13 августа; 23 (16): 9097. дои: 10.3390/ijms23169097.
Int J Mol Sci. 2022.PMID: 36012362
Бесплатная статья ЧВК.Рассмотрение.
In vivo Визуализация «ваготопии» блуждающего нерва свиньи с помощью ультразвука.
Settell ML, Skubal AC, Chen RCH, Kasole M, Knudsen BE, Nicolai EN, Huang C, Zhou C, Trevathan JK, Upadhye A, Kolluru C, Shoffstall AJ, Williams JC, Suminski AJ, Grill WM, Pelot NA, Чен С., Людвиг К.А.
Сеттел М.Л. и соавт.
Фронтальные нейроски. 2021 25 ноя; 15:676680. doi: 10.3389/fnins.2021.676680. Электронная коллекция 2021.
Фронтальные нейроски. 2021.PMID: 34899151
Бесплатная статья ЧВК.Системный обзор микрополосковых патч-антенн для различных биомедицинских приложений.
Арора Г., Маман П., Шарма А., Верма Н., Пури В.
Арора Г. и др.
Ад Фарм Булл. 2021 май; 11(3):439-449. doi: 10.34172/apb.2021.051. Epub 2020 1 июля.
Ад Фарм Булл. 2021.PMID: 34513618
Бесплатная статья ЧВК.Рассмотрение.
Стимуляция блуждающего нерва для лечения эпилепсии.
Гонсалес Х.Ф.Дж., Йенго-Кан А., Энглот Д.Дж.
Гонсалес HFJ и др.
Нейрохирург Клиника N Am. 2019 апр; 30 (2): 219-230. doi: 10.1016/j.nec.2018.12.005.
Нейрохирург Клиника N Am. 2019.PMID: 30898273
Бесплатная статья ЧВК.Рассмотрение.
Стимуляция блуждающего нерва: быстрая и медленная цикличность в лабораторной модели.
Фишер РС.
Фишер РС.
Нейротерапия. 2016 июль; 13 (3): 590-1. doi: 10. 1007/s13311-016-0441-7.
Нейротерапия. 2016.PMID: 27185253
Бесплатная статья ЧВК.Аннотация недоступна.
, Андритой Д., Фуиор Р., Иордан Д.А., Ону И.
1007/s13311-016-0441-7.Просмотреть все статьи «Цитируется по»
Типы публикаций
термины MeSH
Управляемые разумом протезы рук, которые «чувствуют», теперь являются частью повседневной жизни — ScienceDaily
Впервые люди с ампутированными руками могут испытывать осязание в управляемых разумом протезах рук, которые они используют в повседневной жизни. В исследовании New England Journal of Medicine сообщается о трех шведских пациентах, которые в течение нескольких лет жили с этой новой технологией — одним из наиболее интегрированных в мире интерфейсов между человеком и машиной.
Успех уникален: пациенты используют протезы, управляемые разумом, в повседневной жизни до семи лет.
Последние несколько лет они также жили с новой функцией — ощущением прикосновения в протезе руки. Это новая концепция искусственных конечностей, которые называются нервно-мышечными протезами, поскольку они связаны с нервами, мышцами и скелетом пользователя.
Исследование проводилось под руководством Макса Ортиса Каталана, адъюнкт-профессора Технологического университета Чалмерса, в сотрудничестве с Университетской клиникой Сальгренска, Университетом Гётеборга и Integrum AB, все в Гётеборге, Швеция. Также были привлечены исследователи Венского медицинского университета в Австрии и Массачусетского технологического института в США.
«Наше исследование показывает, что протез руки, прикрепленный к кости и управляемый электродами, имплантированными в нервы и мышцы, может работать гораздо точнее, чем обычные протезы рук. Мы дополнительно улучшили использование протеза, интегрировав тактильную сенсорную обратную связь, которую пациенты используют, чтобы опосредовать, насколько трудно схватить или сжать объект.
Со временем способность пациентов различать небольшие изменения в интенсивности ощущений улучшилась», — говорит Макс Ортис Каталан.
«Самый важный вклад этого исследования состоял в том, чтобы продемонстрировать, что этот новый тип протеза является клинически жизнеспособной заменой потерянной руки. Каким бы сложным ни был нейроинтерфейс, он может принести реальную пользу пациентам только в том случае, если связь между пациент и протез безопасны и надежны в долгосрочной перспективе.Наши результаты являются продуктом многолетней работы, и теперь мы наконец можем представить первый бионический протез руки, которым можно надежно управлять с помощью имплантированных электродов, а также передавать ощущения пользователь в повседневной жизни», — продолжает Макс Ортис Каталан.
С момента получения протезов пациенты ежедневно используют их во всех сферах своей профессиональной и личной деятельности.
реклама
Новая концепция нейромышечно-скелетного протеза уникальна тем, что она обеспечивает несколько различных функций, которые не были представлены вместе ни в одной другой технологии протезирования в мире:
- Он имеет прямую связь с нервами человека, мышцы и скелет.
- Он управляется разумом и вызывает ощущения, которые пользователь воспринимает как возникающие из-за отсутствия руки.
- Автономный; вся необходимая электроника содержится внутри протеза, поэтому пациентам не нужно носить с собой дополнительное оборудование или батареи.
- Безопасен и долговечен; технология использовалась пациентами без перерыва во время их повседневной деятельности, без наблюдения со стороны исследователей, и она не ограничивалась замкнутыми или контролируемыми средами.
Новейшая часть технологии, ощущение прикосновения, становится возможным благодаря стимуляции нервов, которые раньше были связаны с биологической рукой до ампутации. Датчики силы, расположенные в большом пальце протеза, измеряют контакт и давление, прикладываемое к объекту во время захвата. Эта информация передается нервам пациентов, ведущим к их мозгу. Таким образом, пациенты могут чувствовать, когда они касаются объекта, его характеристики и силу нажатия, что имеет решающее значение для имитации биологической руки.
«В настоящее время датчики не являются препятствием для восстановления чувствительности», — говорит Макс Ортиз Каталан. «Задача заключается в создании нейронных интерфейсов, которые могут беспрепятственно передавать большие объемы искусственно собранной информации в нервную систему таким образом, чтобы пользователь мог испытывать ощущения естественно и без усилий».
Внедрение этой новой технологии было проведено в университетской больнице Сальгренска под руководством профессора Рикарда Бранемарка и доктора Паоло Сассу. Более миллиона человек во всем мире страдают от потери конечностей, и конечной целью исследовательской группы в сотрудничестве с Integrum AB является разработка широко доступного продукта, подходящего для как можно большего числа этих людей.
«Сейчас пациенты в Швеции участвуют в клинической проверке этой новой технологии протезирования для ампутации руки», — говорит Макс Ортис Каталан. «Мы ожидаем, что эта система станет доступной за пределами Швеции в течение нескольких лет, и мы также добились значительного прогресса в аналогичной технологии для протезов ног, которые мы планируем имплантировать первому пациенту в конце этого года».
Подробнее: Как работает технология
Система имплантатов для протеза руки называется e-OPRA и основана на системе имплантатов OPRA, созданной Integrum AB. Система имплантатов прикрепляет протез к скелету в культе ампутированной конечности посредством процесса, называемого остеоинтеграцией (оссео = кость). Электроды вживляются в мышцы и нервы внутри ампутационной культи, а система e-OPRA посылает сигналы в обоих направлениях между протезом и мозгом, как в биологической руке.
Протез управляется разумом с помощью электрических мышечных и нервных сигналов, посылаемых через культю руки и улавливаемых электродами. Сигналы передаются в имплантат, который проходит через кожу и соединяется с протезом. Затем сигналы интерпретируются встроенной системой управления, разработанной исследователями. Система управления достаточно мала, чтобы поместиться внутри протеза, и обрабатывает сигналы с помощью сложных алгоритмов искусственного интеллекта, в результате чего вырабатываются управляющие сигналы для движений протеза руки.
Осязание возникает благодаря датчикам силы в протезе большого пальца. Сигналы от датчиков преобразуются системой управления в протезе в электрические сигналы, которые посылаются для стимуляции нерва в культе руки. Нерв ведет к мозгу, который затем воспринимает уровни давления на руку.
Скелетно-нервный имплантат можно подключить к любому имеющемуся в продаже протезу руки, что позволяет им работать более эффективно.
Подробнее о том, как возникают искусственные ощущения
Люди, потерявшие руку или ногу, часто испытывают фантомные ощущения, как будто отсутствующая часть тела остается, хотя и не присутствует физически. Когда датчики силы в протезе большого пальца реагируют, пациенты в исследовании чувствуют, что ощущение исходит от их фантомной руки. Точное расположение фантомной руки различается у разных пациентов в зависимости от того, какие нервы в культе получают сигналы. Самый низкий уровень давления можно сравнить с прикосновением к коже кончиком карандаша.
По мере увеличения давления ощущение становится сильнее и все более «электрическим».
Подробнее: Исследование
В текущем исследовании участвовали пациенты с ампутацией выше локтя, и эта технология близка к тому, чтобы стать готовым продуктом. Исследовательская группа параллельно работает над новой системой ампутаций ниже локтя. В этих случаях вместо одной большой кости (плечевой кости) есть две меньшие кости (лучевая и локтевая), к которым необходимо прикрепить имплантат. Группа также работает над адаптацией системы для протезов ног.
В дополнение к применениям в области протезирования постоянный интерфейс между человеком и машиной предоставляет совершенно новые возможности для научных исследований того, как работает мышечная и нервная системы человека.
Адъюнкт-профессор Макс Ортис Каталан возглавляет лабораторию биомехатроники и нейрореабилитации в Технологическом университете Чалмерса и в настоящее время создает новый Центр бионики и исследования боли в университетской больнице Сальгренска в тесном сотрудничестве с Чалмерсом и Гетеборгским университетом, где эта работа будет получить дальнейшее развитие и клиническое внедрение.