Протезы смогут управляться сигналами от нервов спинного мозга

Ученые разработали технологию датчика для роботизированного протеза руки, который распознает сигналы от нервов спинного мозга.

Для управления протезами пациент должен научиться мысленно контролировать движения фантомной руки и рисовать перед собой легкие маневры, например, сгибать и разгибать два пальца вместе. Технология датчика интерпретирует электрические сигналы, посылаемые от спинальных двигательных нейронов, и использует их в качестве команд.

Моторный нейрон — это нервная клетка, которая находится в спинном мозге. Его волокна, называемые аксонами, расположены за пределами спинного мозга, чтобы непосредственно контролировать мышцы тела.

Роботизированные протезы рук в настоящее время на рынке управляются пользователями от подергивания мышц плеча или руки, но они часто повреждаются. Этот недостаток означает, что во всем мире около 40-50% пользователей отказываются от этого вида роботизированных протезов.

В научном докладе, опубликованном в журнале «Nature Biomedical Engineering», исследовательская группа говорила об обнаружении сигналов от двигательных нейронов в спинной части тела, не поврежденных ампутацией, вместо остатков мышечных волокон; это означает, что все сигналы могут быть распознаны с помощью датчиков, подключенных к протезированию.

В конечном счете, все больше команд может быть запрограммировано в роботизированный протез, делая его более функциональным.

Д-р Дарио Фарина из Имперского колледжа Лондона провел множество исследований при университете медицинского центра Геттингена. Исследования проводились совместно с соавторами доктора Фарина в Европе, Канаде и США.

«Когда ампутируют руку, нервные волокна и мышцы тоже отделяются, поэтому очень трудно получать осмысленные сигналы от них для управления протезом. Мы попробовали новый подход, перемещая фокус от мышц к нервной системе. Это означает, что наша технология может обнаруживать и декодировать более четкие сигналы, что открывает возможность для роботизированных протезов, которые станут более интуитивно понятными и полезными для пациентов».

Исследователи провели лабораторные эксперименты с шестью добровольцами, которые были ампутированы, книзу от плеча или чуть выше локтя. После некоторых физиотерапевтических тренингов, инвалиды смогли сделать более широкий спектр движений. У них появилась способность двигаться в локтевом суставе и делать радиальные движения — движения запястья из стороны в сторону, а также сжатие и разжатие кистей. Это означает, что пользователь имеет все основные возможности и функции реальной руки.

Дальнейшие усовершенствования необходимы, чтобы сделать технологию более надежной, но исследователи предполагают, что текущая модель может появиться на рынке в ближайшие три года.

Чтобы принять участие в исследовании, добровольцам провели операцию в медицинском Университете Вены, который принял участие в переориентации части периферической нервной системы (ПНС), связанной с движением руки, для здоровых мышц в их теле. В зависимости от типа ампутации, операция была направлена либо на грудные мышцы или на бицепс в руке.

Это позволило ученым четко обнаружить электрические сигналы, посылаемые от спинальных двигательных нейронов, в дальнейшем команда сравнила усиления сигналов.

Чтобы создать технологию, исследователями расшифрованы и отображены некоторые данные в электрические сигналы, посылаемые от перенаправления нервных клеток, чтобы затем интерпретировать их в компьютерные модели. Затем эти модели сравнили с моделями здоровых пациентов, что позволило им подтвердить результаты.

В конечном итоге, ученые хотят расшифровать смысл всех сигналов, посылаемых от этих моторных нейронов, так они смогут запрограммировать полный спектр функций руки и кисти в протез. Это означает, что пользователь сможет использовать протез почти так же легко, как если бы это была их собственная рука.

Затем они закодировали сигналы конкретных двигательных нейронов в конструкцию протеза. После подключили датчик к прооперированным мышцам, которые соединялись с протезом. Пациенты работали с физиотерапевтами, обучающими их управлению устройством.

Данный концепт представлял из себя лишь лабораторное исследование. Следующим шагом будет проведение обширных клинических испытаний с гораздо более широким профилем добровольцев, чтобы сделать технологию более надежной.

Похожее: