Биомеханическая рука обрела чувствительность

Спустя девять лет после ампутации руки 36-летний датчанин Деннис Сёренсен получил новую конечность. Речь, как можно догадаться, идёт о протезе, однако протез этот не абы какой: с его помощью можно не просто схватить какой-нибудь предмет, но и почувствовать силу собственной хватки.

Иными словами, наконец-то удалось создать чувствующий протез, который в реальном времени передаёт сенсорные данные в мозг!

Сильвестро Мицера (Silvestro Micera) из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) и его коллеги снабдили биомеханическую руку датчиками, которые оценивают давление руки на предмет по напряжению в искусственных сухожилиях, контролирующих движения пальцев. Согласно этим напряжениям датчики генерируют электрический сигнал. Правда, в таком виде нервная система его не понимает, поэтому понадобился алгоритм, который преобразовывал бы этот сигнал в понятный для нервной системы язык. После этого модифицированный импульс по электродам поступает в нервы уцелевшего плеча.

Год назад врачи имплантировали электроды в локтевой и срединный нервы г-на Сёренсена, а через 19 дней после этого к плечу подсоединили протез. Электродные имплантаты, созданные в лаборатории Томаса Стиглица (Thomas Stieglitz) во Фрайбургском университете (Германия), предназначались для передачи исключительно слабых сигналов. Были опасения, что за девять лет, прошедших со времени ампутации, нервы утратили чувствительность, а потому не смогут различить сигналы, соответствующие сильному и, допустим, чуть менее сильному сжатию. Кроме того, исследователи боялись, что послеоперационное рубцевание негативно повлияет на электроды.

Однако сомнения были напрасны: электроды работали, и человек смог довольно точно управлять силой механической руки.

Впрочем, говоря, что Деннис Сёренсен получил новый чувствующий протез, мы во многом преувеличиваем. Во-первых, датчики в биомеханической руке регистрируют только механическую силу сжатия, а для полной чувствительности, как мы её понимаем, эту конечность надо бы снабдить ещё и температурными, болевыми и другими сенсорами. Во-вторых — и это главное — аппаратура, которая осуществляет обратную связь между биомеханическим устройством и нервной системой, слишком громоздка, и учёным предстоит изрядно постараться, чтобы её миниатюризировать.

То есть корректнее будет сказать, что г-н Сёренсен всего лишь поучаствовал в успешных испытаниях биомеханического протеза нового поколения, хотя результаты этих тестов можно без преувеличения назвать сенсационными.

В ходе эксперимента ему завязывали глаза и затыкали уши, чтобы ограничить восприятие механической руки лишь ощущениями от неё самой. Оказалось, что Деннис мог не только управлять силой хватки, но и определять форму предмета, то есть, к примеру, куб он отличил от шара, и всё благодаря разнице в натяжении искусственных сухожилий.

Как уже сказано, испытания протеза, включая вживление электродов в нервы, начались год назад, а спустя месяц электроды вынули, боясь негативных клинических последствий. Статья же с результатами работы вышла в Science Translational Medicine только сейчас, так что свою сенсацию швейцарцы готовили долго. Впрочем, авторы работы полагают, что электроды могут оставаться имплантированными в течение по меньшей мере нескольких лет, не причиняя никакого вреда. Но это всё равно нужно проверить в дополнительных исследованиях. Кроме того, учёные собираются усовершенствовать настройку руки, сделав движения пальцев ещё более точными.

Нынешние протезы, которые позволяют сжимать и разжимать искусственную кисть, считывают мышечные сигналы от оставшейся части руки и не позволяют делать хоть сколько-нибудь точные движения. Человек с таким протезом не чувствует силу хватки и вынужден всё время наблюдать за своей механической рукой, чтобы что-нибудь не раздавить: именно такой протез носит и Деннис Сёренсен. Однако не исключено, что через несколько лет он сможет перейти на новый чувствующий имплантат, который к тому времени станет уже коммерчески доступным.

Подготовлено по материалам Федеральной политехнической школы Лозанны. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.