Чувствительные киберконечности
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.
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.
К примеру, 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.
Развитию и применению таких киберконечностей, как отмечают учёные, 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.
Команда нейрофизиологов из Мемориального института Баттеля (США) нашла способ решить 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 экспериментах, как отмечает ученый, участвовал молодой человек, повредивший спинной мозг в результате несчастного случая. Ученые установили в кору головного мозга пациента специальный чип и набор электродов, после чего попытались подключить к ним искусственную руку.
Изначально опыты были успешны. Доброволец смог освоить киберпротез и научился управлять движением роборуки, выполнять несложные действия. Однако позднее, его прогресс замедлился, что и ученые, и сам пациент связывали с тем, что он не мог ощущать движений конечности.
Пытаясь понять, как можно исправить эту проблему, учёные случайно заметили, что кожа у протеза не совсем потеряла чувствительность. Она продолжала вырабатывать сигналы при прикосновениях и движениях, но они были слишком слабыми, чтобы их мог "заметить" мозг пациента.
Нейрофизиологи попытались усилить этот сигнал с помощью внешних датчиков, микромоторов и электродов, которые вибрируют и посылают электрические импульсы определенного типа в кожу пациента в тот момент, когда он касается какого-то предмета или совершает движения.
Как показали последующие опыты, благодаря подобному усовершенствованию доброволец почти всегда узнавал, что он касается какого-то предмета, не глядя на него. Вдобавок из-за этого произвольные движения рукой стали быстрее и точнее.
В ближайшее время команда планирует 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.
