Искусственную ногу научили подчиняться мозгу

Существующие протезы ног не слишком совершенны. Понятно, что полностью механические устройства не могут отвечать на мысли человека; чтобы двигать таким протезом, нужно задействовать сохранившиеся мышцы и кости. Ну а разработки, снабжённые собственным мотором, довольно сложны в управлении и подчас заставляют людей совершать ненужные гипертрофированные движения.

В том, что касается управления искусственными руками и ногами, учёные давно пытаются сделать протезы максимально похожими на настоящие конечности. Грубо говоря, задача сводится к тому, чтобы научить протез понимать нейронные сигналы, которые мозг посылает в руку или ногу. И она осложняется тем, что нервы, передающие эти сигналы, ведут к тем мышцам, которые утрачиваются при ампутации вместе с конечностью.

В 2006 году Тодд Кюйкен и его коллеги из Реабилитационного центра в Чикаго (США) предложили перенаправлять ветви управляющих нервов, которые вели к утраченным конечностям, к месту, лежащему выше ампутации. Сначала так удалось «иннервировать» протез плечевой части руки; в новой статье, опубликованной в New England Journal of Medicine, исследователи описывают похожую операцию, сделанную для протеза ноги. В медицинском эксперименте участвовал некто Зак Ваутер, потерявший в результате аварии правую ногу ниже колена. Учёные перенаправили две ветви седалищного нерва, которые обычно идут к мышцам стопы, голени и икр, к бедренным участкам: теперь сигналы, обычно направляющиеся к лодыжкам, попадали к мышцам, лежащим непосредственно над коленом.

Здесь же, в уцелевшей части ноги, были размещены электроды, регистрировавшие электрические сигналы от сокращающихся мышц. То есть сигналы, которые раньше шли в голень, поступали заведомо не по адресу, но тут их с мышц «снимали» специальные сенсоры и передавали в протез. Специальная программа расшифровывала электромиографические данные и с помощью всё тех же датчиков (среди которых были акселерометры и гироскопы) контролировала движение.

Результат оказался более чем впечатляющим: человек мог, например, подниматься по лестнице, чередуя настоящую и искусственную ноги, что невозможно проделать с другими протезами (их приходится поднимать на каждую новую ступеньку вслед за здоровой ногой). Теперь же обладатель такого протеза мог идти по лестнице без остановки и даже, более того, сидя мог шевелить искусственной ногой, чего опять же нельзя делать с протезами, не умеющими «слушать» нервные и мышечные сигналы.

Следует подчеркнуть, что это всё же не совсем чтение мыслей: устройство понимало электромеханическую активность мышц, но вовсе не желание человека пошевелить ногой.

Если искусственная нога использовала только механические датчики, точность выполнения команд была примерно 87%. Если же к механическим датчикам подключали ещё и те, что считывали нейронные сигналы, доля погрешностей в управлении ногой падала до 1,8%.

Авторы разработки говорят, что их цель — избавиться даже от такой ошибки, ибо любое «непонимание» протезом электромеханического сигнала может привести к фатальным последствиям.

Подготовлено по материалам LiveScience. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.