Медицина

Протез ноги стало возможным чувствовать

Marc Dufresne/Getty Images

Ученые Швейцарской высшей технической школы Цюриха вместе со стартап-компанией Sen-sArs представили интерфейс для соединения протеза ноги с нервами человека, присутствующими в ампутированном бедре пользователя, обеспечивая таким образом сенсорную обратную связь. Статья ученых опубликована в журнале Nature Medicine.

Во время ходьбы люди с неповрежденными ногами чувствуют, когда они двигают коленом или когда их ноги касаются земли. Нервная система постоянно использует сенсорную обратную связь такого рода, чтобы точно контролировать движение мышц. Люди, использующие протез ноги, однако, не знают точно, где находится протез, как он движется или на какой поверхности он стоит. Они часто не могут полностью доверять своим ощущениям при ходьбе, поэтому слишком часто опираются на неповрежденную ногу, что снижает их подвижность и заставляет их быстро уставать. Простая прогулка по гальке или песку, например, может оказаться очень утомительной для людей, использующих протез. Кроме того, люди с ампутациями могут испытывать фантомные боли в конечностях — состояние, которое существующие лекарства часто не могут облегчить.

Новый проект Швейцарской высшей технической школы Цюриха и лозаннского стартапа может позволить людям с протезами получать нервную обратную связь. Для начала, чтобы обеспечить нервную систему сенсорной информацией, ученые использовали коммерчески доступный высокотехнологичный протез: они прикрепили тактильные датчики к подошве устройства и собрали данные о движении колена.

В течение трех месяцев, пока длился эксперимент, хирурги помещали крошечные электроды в бедро каждого из двух добровольцев и соединяли их с остаточными нервами ног. Цель операции заключалась в том, чтобы ввести электроды в нужные места и обеспечить получение реалистичной сенсорной обратной связи и стабильность работы системы.

Исследовательская группа разработала алгоритмы для перевода информации с тактильных и двигательных датчиков в импульсы тока, которые доставлялись к остатку нерва на ампутированной ноге. При использовании протеза сигналы от остаточных нервов передаются в мозг человека, который способен таким образом воспринимать протез и помогает пользователю корректировать свою походку.

Технологию проверили на двух добровольцах. В рамках исследования они прошли ряд тестов, чередуя испытания с новым протезом и без него. Результаты показали, насколько выгодна обратная связь: ходьба с ней была физически намного менее требовательной, о чем свидетельствует значительное снижение потребления кислорода добровольцами во время этого процесса. Также ходьба требовала и меньшего когнитивного напряжения: добровольцы не должны были так сильно концентрироваться на своей походке, а значит, могли уделять больше внимания другим задачам.

Интерфейс с нервной системой может также использоваться для стимуляции нервов независимо от протеза. Перед началом исследования оба добровольца жаловались на фантомные боли в конечностях. В ходе месячной терапевтической программы с нейростимуляцией ученым удалось значительно уменьшить эту боль у одного из добровольцев, а у другого она полностью исчезла.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.