Впервые человеку с киберпротезом руки смогли вернуть осязание

Новый нейроинтерфейс позволяет не только управлять движением парализованных конечностей, но и чувствовать прикосновения и испытывать другие тактильные ощущения. Описание изобретения американских нейрофизиологов опубликовал научный журнал Cell.

«До настоящего времени наш пациент Айэн чувствовал себя так, как будто его рука была „чужой“. Он не мог управлять ей нормально, если постоянно не смотрел на то, куда и как она движется. Это требует серьезной концентрации внимания и не позволяет одновременно выполнять даже самые простые действия», — прокомментировал успех один из разработчиков — нейрофизиолог из Мемориального института Баттеля (США) Патрик Гэнцер.

Так называемые нейроинтерфейсы представляют собой комбинацию из микрочипов, электродов и компьютерных алгоритмов. Они позволяют подключить к мозгу человека или животных различные киберконечности, искусственные глаза или даже синтетические органы чувств, подобные тепловизорам или рентгеновизорам. Так, в 2012 году ученые впервые подключили к мозгу парализованной женщины искусственную руку. Благодаря этому протезу женщина смогла самостоятельно выпить чашку кофе и выполнить некоторые другие действия. В 2016 году специалисты из американского Университета Дьюка подключили мозг пациента к роботизированной коляске, а год назад они с помощью специального стимулятора спинного мозга вернули человеку способность ходить.

Как отмечает Гэнцер, развитию и применению таких киберконечностей сейчас мешает то, что их обладатель не может ощущать их движения, когда искусственная нога или рука касается пола, поверхности стола и других препятствий. Как показывают последние опыты нейрофизиологов, тактильные ощущения играют очень важную роль в том, как мозг «учится» управлять своими и кибернетическими конечностями.

Гэнцер и его команда решили эту проблему. На протяжении последних шести лет они работали над созданием нейроинтерфейса, который позволяет напрямую «подключить» руки пациентов к головному мозгу, минуя поврежденные участки позвоночника. В этих экспериментах участвовал 28-летний мужчина Айэн Буркхарт. Девять лет назад в результате несчастного случая во время дайвинга он повредил спинной мозг. Ученые вставили в кору мозга пациента специальный чип и набор электродов, после чего попытались подключить к ним искусственную руку.

Изначально эти опыты шли удачно: доброволец успешно освоил киберпротез и научился управлять движением роборуки, выполнять несложные действия. Впоследствии, однако, его прогресс замедлился, что и ученые, и сам Буркхарт связывали с тем, что он не мог ощущать движений конечности. Пытаясь понять, как можно исправить эту проблему, Гэнцер и его коллеги случайно заметили, что кожа киберруки не совсем потеряла чувствительность. Она продолжала вырабатывать сигналы при прикосновениях и движениях, но они были слишком слабыми, чтобы их мог «заметить» мозг пациента.

Нейрофизиологи проверили, что произойдет, если попытаться усилить этот сигнал с помощью внешних датчиков, микромоторов и электродов. Они порождали вибрации и посылали электрические импульсы определенного типа в кожу пациента в тот момент, когда он касался какого-то предмета или совершал движения. Как показали последующие опыты, благодаря подобному усовершенствованию Буркхарт практически безошибочно стал узнавать, что он касается какого-то предмета, не глядя на него. Вдобавок из-за этого произвольные движения рукой стали быстрее и точнее, благодаря чему Буркхарт смог ограничивать силу своих движений.

В ближайшее время Гэнцер и его команда планируют создать новую версию подобного киберпротеза, которую можно будет использовать не только в лаборатории, но и в домашней обстановке. Подобные нейроинтерфейсы, как надеются ученые, помогут многим людям вернуть себе возможность самостоятельно вести свою жизнь.