Кибернетические протезы: Кибернетические протезы — все самое интересное на ПостНауке

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

Как живут и соревнуются люди с технологичными протезами

Спорт в Москве

Как живут и соревнуются люди с технологичными протезами

Текст:

Ксения Витюк

Фотографии:

Алена Винокурова

16 августа 2016 13:02

В Москве состоялись первые открытые соревнования людей, использующих кибернетические и бионические протезы. «Афиша Daily» запечатлела его участников и поговорила с ними об отличиях паратлетов от киношных киборгов, трудностях жизни в России и проблемах рынка протезирования.

Кибатлон — международные соревнования спортсменов, носящих высокотехнологичные протезы. В отличие от Паралимпиады технологический допинг на Кибатлоне не просто разрешен, а обязателен. Паратлеты используют высокотехнологические устройства для прохождения разных испытаний в 6 направлениях — протезы рук, протезы ног, экзоскелеты, инвалидные коляски, велосипеды со стимуляцией мышц и нейроинтерфейсы.

В этом году состоятся первые международные соревнования в Цюрихе, и в будущем они будут проходить раз в 4 года вместе с Олимпиадой и Паралимпиадой. В Швейцарию поедут в том числе участники из Москвы.

Как устроены соревнования

«Если Паралимпиада — это соревнования мышц, где люди с ограниченными возможностями стремятся выступать на равных с обычными спортсменами, то Кибатлон — это соревнование технологий и мастерства ими управлять. Задача Паралимпиады — интегрировать людей с ограниченными возможностями в олимпийское движение, а задача Кибатлона — интегрировать людей в обычную жизнь, помочь им социально и психологически адаптироваться.

Каждый участник проходит полосу препятствий: перекладывает предметы, развешивает вещи на прищепках, режет хлеб кусочками и открывает консервные банки. Это повседневные дела, которые мы делаем с легкостью, но для людей с ограниченными возможностями это колоссальное достижение, все равно что забраться на Эверест».

«В современном мире у всех людей есть гаджеты и электроника, которую они носят с собой. У меня к этим гаджетам добавился еще и протез рук. Моя ампутация произошла в результате несчастного случая с пиротехникой в августе 2014 года. Тогда в интернете мы собрали деньги на мои первые протезы, и они, к моему удивлению, не были такими крутыми, как те, что мы видим в кино. В массовой культуре растиражированы образы Дарта Вейдера и Терминатора, и все думают: «Супер! Такое уже есть!» Но на самом деле ничего подобного нет — рынок протезов не разработан.

Стоит относиться к людям с протезами как к людям с дополнительными, а не ограниченными возможностями. Отчасти у меня уже есть дополнительные возможности: зимой у меня не мерзнут руки, и я могу брать горячее без прихватки. Даже на такой примитивной стадии развития технологии протезов есть какие-то бонусы. Конечно, сложно учиться делать все повседневные вещи заново. С каждым конкретным предметом ты учишься взаимодействовать по-новому. Что это за куртка? Что это за пуговицы? Нарезать хлеб? Сложно! Но с другой стороны, ведь можно купить уже нарезанный!

Киборгами нас называют, чтобы привлечь внимание. Конечно, мы не киборги. Уже есть инвазивные технологии, когда человека навсегда присоединяют к протезу, и он его никогда не снимает. У меня, например, есть знакомый, которому в ухо вживлен блютус-наушник, — вот таких людей можно назвать киборгами. А нас можно сравнить с гонщиками «Формулы-1»: мы обычные люди, но у нас есть свои машины, которые помогают нам в жизни.

К сожалению, в России не принято говорить о своих отличиях и быть не таким, как все. Если у тебя вдруг случилась беда, то ты попадаешь в информационный вакуум и не можешь найти почти никакой адекватной информации по теме. У нас нет группы «Ампутанты России» в фейсбуке, где все делятся историями, какой у них протез и договариваются о совместных вечеринках. Поэтому такие мероприятия и любые объединения помогают нам выйти из подполья и четче формулировать свои желания, в том числе разговаривая с производителями протезов напрямую. Всем инвалидам не начнут вдруг раздавать в суперклассные современные кисти просто так, над этим нужно работать, в том числе и самим ампутантам. Мы хотим задать этот тренд, встречаться и общаться. Нас ждет прекрасное будущее, если мы будем вместе».

«Я хожу с протезом уже четвертый год. Его я получила в результате аварии (была пристегнута, сидела на пассажирском кресле). Чаще всего ампутация действительно происходит из-за ДТП, но бывают и другие причины: где-то защемило, оторвало в лифте, несчастный случай в армии. Этого нельзя предугадать, и нужно помнить, что никто не застрахован.

Первое время я сидела дома и реабилитировалась. Мне многое пришлось пересмотреть в своей жизни, но сейчас пазл сошелся. Очень важно психологически перестроиться и освоиться в новом образе. Сейчас я ощущаю себя так же, как любой обычный человек: живу, работаю, тусуюсь, принимаю участие в осенней неделе моды, ходила на «Пикник Афиши», запускаю свой проект дизайнерских украшений и вожу машину. Иногда сталкиваюсь с неприятными ситуациями — например, в общественном транспорте, если на мне протез без косметики (силиконовой накладки, имитирующей кожу. — Прим. ред.), даже взрослые люди умудряются тыкать пальцем и сворачивать шеи. Но это ожидаемо, ведь до недавних пор у нас в стране инвалидов будто и вовсе не было, поэтому все и относятся настороженно и даже пугаются. Но с каждым годом отношение становится все лучше и лучше».

«Этот протез я получил всего две недели назад, поэтому у меня не было особо много времени, чтобы научиться им пользоваться. С ним я выглажу как настоящий киборг! И это круто! Соревнование мне очень понравилось, но было сложное. Самое легкое — резать батон, дома все время режу».

Кто делает российские технологичные протезы

«Медицинская робототехника сейчас развивается активнее, чем любое другое направление, поэтому можно войти в эту индустрию сейчас и стать лидерами рынка. Кибатлон — это соревнование технологий, призванное популяризовать протезирование. В нашей стране у многих людей нет протезов, в частности из-за их стоимости. Наша задача — привлечь разработчиков и снизить стоимость протезов. Мы работаем над расширением функционала протезов и напрямую общаемся с потенциальными клиентами. Раньше протезы изготавливались как единый готовый продукт, а теперь технология 3D-печати позволяет не только легко адаптировать протезы, но и делать их красивыми и функциональными».

расскажите друзьям

теги

протезированиекиборгкибатлонтехнологиипротезы

люди

Илья ЧехИгорь Никитин

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

RS 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, который представляет собой многовитковую силиконовую спираль с платиновой полосой 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

    Обзор.

  • 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

    Обзор.

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.

    Обзор.

  • 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.

    Обзор.

  • 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.

    Обзор.

  • 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.

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 силу захвата или сжатия объекта. 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 он 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, передаваемых 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.