Если бы десять лет назад вам сказали, что однажды протезы помогут людям не только ходить, но и... Я буду чувствовать каждый шаг, каждый камень под ногой, поверили ли бы вы этому? Однако сегодня в современной лаборатории наука превращает эту фантазию в реальность.
Представьте себе мир, где протезы — это не просто механические продолжения тела, а настоящие сенсорные заменители, способные вернуть ощущение осязания тем, кто потерял часть себя. Мы добираемся туда быстрее, чем мы думали.
Протезы, сенсорная революция
Потеря конечности приводит не только к потере ее моторной, но и сенсорной функции. И хотя традиционные протезы предлагали частичное решение, восстанавливая подвижность, ощущение прикосновения всегда оставалось несбыточной мечтой… до сих пор.
Исследование, опубликованное на сервере препринтов bioRxiv (Я связываю это с вами здесь), представила устройство, которое, имитируя нервную активность, можно имплантировать в оставшуюся часть ноги, позволяя людям с ампутированными конечностями «чувствовать» ходьбу. Это не только улучшает их скорость передвижения, но и вселяет большую уверенность в каждом шаге.
Элегантный прогресс
Джейкоб Джордж, нейроинженер из Университета Юты, назвал исследование «действительно элегантным». И нетрудно понять, почему. Это исследование не ограничивается вычислительной моделью, но распространяется на модели животных и, в конечном итоге, на людей. Это одно из первых расследований, проведенных столь всесторонне.
Многие пациенты с протезами сталкиваются с неожиданными проблемами. Неспособность почувствовать давление, оказываемое на предмет, может привести к неловким ситуациям, например, к поломке или падению предметов – отсутствие сенсорной обратной связи, из-за которого некоторые люди с ампутированными конечностями отказываются от использования протезов. Но, как говорится, каждая проблема – это замаскированная возможность.
Шаг вперед. Буквально.
В последние годы исследователи сосредоточились на протезах, которые предлагают все более естественную сенсорную обратную связь. Исследование, проведенное командой Джорджа в 2019 году, показало, что биомиметическая обратная связь позволяет пациенту с высокой точностью хватать хрупкие предметы, такие как яйца и виноград. Но как именно работает эта обратная связь?
В новом исследовании ученые использовали компьютерную модель, чтобы воссоздать, как нервы стопы реагируют на различные раздражители, например, на восприятие давления. Цель состояла в том, чтобы создать естественные модели нейронной активности, которые могут возникнуть, когда вы что-то чувствуете ногой или во время ходьбы.
Затем ученые использовали модель для доставки электрических импульсов к периферическим нервам кошачьих лап, записывая активность нейронов спинного мозга, которые получают сигналы от этих нервов. Результат? Реакция, похожая на реакцию настоящего прикосновения.
Человек и протез, выигрышная комбинация
Следующим шагом было тестирование подхода на людях. Трем людям с ампутациями нижних конечностей были установлены протезы, включающие датчик для записи информации о давлении роботизированной стопы во время ходьбы.
Это устройство «чувствует» ощущения от ходьбы и передает эту информацию в нервную систему человека с ампутированной конечностью, пытаясь имитировать ощущения, связанные с ходьбой.
Станиса Распопович, нейроинженер из ETH Zürich и соавтор исследования, надеется, что его команда и другие продолжат совершенствовать эту технологию. Более детальное понимание того, как нервная система обнаруживает и передает различные аспекты прикосновения, может помочь в дальнейшем усовершенствовании таких устройств.
Конечная цель? Почувствуйте все снова. Это будет великолепное путешествие.
