Подключенный напрямую к нервной системе протез позволит управлять пальцами силой мысли

Группа ученых под руководством Ортиз-Каталана, инженера-бионика из Технологического университета Чалмерса, разработали методику, позволившую сделать движения протезов рук более точными и контролируемыми при помощи силы мысли.

Ношение работающих протезов, управление которыми осуществляется прикрепленными к культе кабелями и жгутами, требует усилий и приводит к усталости или даже боли.

Протез, представленный в исследовании, подключается напрямую к нервной системе, что позволяет ему по отдельности двигать каждым пальцем на усмотрение пользователя.

Более новый вид устройств, известный как "миоэлектрический протез", приводится в действие электрическими нервными сигналами от культи. У таких устройств роботизированные функции, но для управления ими нет хорошей стратегии.

Исследовательская группа Пола Седерна, пластического хирурга из Мичиганского университета, в 2020 году нашла другой подход - подключение нервов культи к маленьким кусочкам мышц.

Они иссекали концевые части целых нервов из культи, разделяя их на пучки, затем каждый из них обматывали лишенным нервов кусочком мышцы из другого места тела.

Ученым удалось в режиме реального времени зарегистрировать нервные сигналы, поступившие от каждого пучка, после помещения в них электродов.

Ознакомившись с методикой Седерна, Группа Ортис-Каталана решила усовершенствовать ее. Кроме пересадки участков мышц, они перенаправили к мышцам руки некоторые из иссеченных нервных пучков.

Такая методика, известная как "целевая реиннервация мышц", уже использовалась ранее. Но именно сочетание двух стратегий показало лучший результат - проявилось больше электрических нервных сигналов, которые можно преобразовать в разные движения.

Чтобы передать на протез весь поток нервных импульсов, Ортиз-Каталан с коллегами подключили вживленные электроды к титановому имплантату, просверленному в плечевой кости пациента в верхней части руки. Это обеспечило двустороннюю связь между внешним протезом и электродами в теле пациента.

Весь процесс занял более 6 месяцев, включая 12-часовую операцию по перекладке всех нервов.

После того как все было готово, ученые смогли проследить, как имплантированная система электродов взаимодействует с протезом. Сначала они отследили электрические сигналы, поступающие от каждого вживленного электрода.

Поначалу они были нечеткими, но постепенно стали намного сильнее. Это значит, что нервные пучки успешно встраиваются в соответствующие мышцы и подают им четкие сигналы.

Алгоритмы машинного обучения помогли ученым сопоставить эти сигналы с конкретными движениями пациента, каждое из которых затем было запрограммировано в протезе.

Через 4 месяца после операции пациент смог выполнять базовые движения - сгибать запястье, разгибать кисть, а также шевелить пальцами по отдельности. Через год пациенту удалось интуитивно двигать протезом - он мог просто подумать о движении, попытаться его выполнить, и оно происходило.