Принцип работы устройства, которое помогает парализованному парню снова почувствовать возможность движения, такой: множество микроэлектродов считывают сигналы мозга Яна и отправляют их через провода в рукав из гелеобразного вещества, который стимулирует с помощью электроимпульсов его мышцы.
Фото: Science
По словам Чэда Бутона (Chad Bouton), одного из авторов исследования и по совместительству вице-президента по передовой технике и технологиям в Файнштейнском институте медицинских исследований в Манхассете (штат Нью-Йорк, США), это впервые стимуляция движения была связана с сигналами, записанными внутри головного мозга. Такой технологический прорыв, отметил Бутон, означает, что теперь пациент имеет возможность контролировать движения в руке своими мыслями.
Ранее исследователи использовали несколько подходов для того, чтобы позволить парализованным людям управлять своими конечностями. В некоторых системах ученые применяли имплантаты в мышцы плеча. Другие системы контролировали движение руки с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ) – записей мозга, сделанных за пределами головы.
Существуют также технологии, предусматривающие использование имплантатов, которые позволяют контролировать роботизированную руку, внешний скелет или компьютерные курсор, но не собственные мышцы пациента. Никогда ранее парализованный человек не мог управлять своей рукой с помощью тех же нервных сигналов, которые контролировали движение до получения серьезной травмы.
После имплантации микрочипов в мозг Яна Буркхарта исследователи подключили его к компьютеру, на котором был записан алгоритм машинного обучения. Также эту машину подключили к рукаву из полимерного гелеобразного материала, закрепленному на предплечье Яна. На рукаве находятся 130 электродов, которые обеспечивают посылание импульсов к мышцам без проникновения в кожу. Буркхарт тренировал систему перед подключением моделей нейронных сигналов к определенным движениям, повторяя для этого зеркально движения воображаемой руки на экране компьютера.
Вскоре парализованный молодой человек уже мог собственноручно манипулировать большими объектами, такими как очки, и использовать более мелкую моторику для подъема мелких предметов (соломинок). Он также смог заставить двигаться каждый палец отдельно друг от друга. Такого результата не смогла дать еще ни одна из используемых ныне систем.
Прошло два года после первой тренировочной сессии Буркхарта и компьютера, и они все еще продолжают учиться вместе. На данный момент система пока не готова для домашнего использования. Пока Яну приходится приезжать в лабораторию и подключаться к полнокомплектному крупногабаритному оборудованию.
Ученые надеются на то, что полученное доказательство правильности их алгоритма позволит в скором времени уменьшить в разы размеры устройств, необходимых для передачи сигналов мозга к парализованным конечностям, до размеров перчаток, носков, штанов и других предметов одежды, позволяющих скованному человеку вновь почувствовать свободу движения.
Среди нейробиологов и биомедицинских инженеров есть опасения на счет прогрессивной технологии мозговых имплантатов. По мнению некоторых ученых, использование внешних стимуляторов мышц с высоким напряжением может испортить сигналы, записанные в головном мозге. Поэтому также рассматривается вариант внедрения электродов непосредственно в предплечье парализованного человека.
По материалам Science.
