Спустя полтора года после травмы спинного мозга человек вновь смог ощутить прикосновения. 32-летнему парализованному пациенту помогли технологии на стыке протезирования и микрохирургии. Результаты этой работы ученые из Калифорнийского технологического института 10 апреля опубликовали в журнале eLIFE.
Расположение вживленных пациенту имплантов на 3D-модели левого полушария. 96-канальные электроды были имплантированы в премоторную кору (PMv) и супрамаргинальную извилину (SMG), а 48-канальные — в первичную соматосенсорную кору (S1)
По данным Всемирной Организации Здравоохранения ежегодно от 250 тыс до 500 тыс человек во всем мире перестают ходить и теряют тактильные ощущения из-за травм спинного мозга.
Первые попытки ученых восстановить опорно-двигательную систему были предприняты более 20 лет назад. Исследования в области восстановления функционирования спинного мозга проводил профессор Грегуар Куртин, английский ученый Джеффри Райтман. Но о прорывных успехах в данной области заговорили лишь в последние годы.
Возврат тактильных ощущений
Одно из последних достижений принадлежит исследователям из Калифорнийского технологического института под руководством нейрохирурга Ричарда Андерсена. Ученые вживили в кору головного мозга парализованного человека две группы микроэлектродов. В эксперименте принял участие 32-летний пациент, полностью парализованный в результате травмы спинного мозга (произошла 1,5 года назад).
При подобных травмах между нейронами соматосенсорной зоны и рецепторами на коже происходит разрыв связи. В результате чего стимул, который поступает на рецепторы, не доходит до мозга, и человек перестает реагировать на тактильные ощущения. Но сам мозг остается невредимым.
В ходе эксперимента исследователи стимулировали нейроны в мозговой области – на электроды поступали небольшие разряды тока. Нейроны отреагировали лишь на 46 из 96 электродов. При этом сигнал был постоянным и не было фиктивных срабатываний, а реакция напоминала естественную. В ходе эксперимента пациент смог испытать тактильные ощущения, которые он чувствовал до повреждения. Ему казалось, что он жмет руку, поднимает ее, его похлопывают по плечу.
Таблица полученных результатов. Лучше всего имитировались ощущения сдавливания и нажатия. Хуже всего — ощущение мурашек.
Исследователи планируют интегрировать разработку в существующее нейронное протезирование. Подобный опыт у лаборатории Андерсена уже имеется. В 2015 году они создали модель для соединения протезной роботизированной руки с электродами. Благодаря этому парализованный человек мог с помощью протеза брать чашку и пить из нее.
Вот еще несколько разработок, которые в будущем позволят вернуть физическую активность парализованным людям.
Экзоскелет для ходьбы
Израильская компания ReWalk Robotics еще в 2012 году создала экзоскелет, который помогает парализованному ниже пояса человеку начать снова получать удовольствие от прогулок пешком. Фактически это самостоятельный робот, прикрепленный к спине и ногам человека. Им можно управлять посредством внешних кнопок, специальным джойстиком или с помощью компьютера, телефона и планшета.
Система ReWalk оснащена сервоприводами, расположенными в «бедрах» и «коленях», которые дают возможность ходить. Также устройство включает акселерометры для отслеживания положения конечностей человека и всего тела в целом.
В экзоскелете человек может перемещаться со скоростью 2.6 км\ч. Вес устройства – 25 кг. Одного заряда аккумулятора хватает на 180 минут работы. Стоимость системы – $77000.
Транспорт для речи
Немецкий нейробиолог Нильс Бирбаумер из Центра Висса разработал устройство, позволяющее полностью парализованным людям общаться. Прибор имеет нейрокомпьютерный интерфейс, который записывает ответы «да» и «нет» от пациентов, лишённых произвольных движений мышц. Технология основана на измерении активности мозга и кровотоков.
Прибор надевается на голову и передает сигналы, поступающие из мозга человека, при помощи инфракрасной спектроскопии. Подробнее о разработке
Медики полагают, что с помощью устройства можно определять, находится парализованный человек в сознании или нет. В дальнейшем они планируют создать технологию, которая даст возможность пациентам общаться более полно, не ограничиваясь ответами «да» и «нет».
Сила мысли
Коллеги Бирмбауера из Стэнфорда во главе с нейрохирургом Джейми Хендерсоном создали технологию, благодаря которой пациенты с синдромом «запертого человека» могут общаться с помощью печатного текста. Правда, для этого потребуется хирургическое вмешательство: в кору головного мозга, отвечающую за движения, пациентам встраивают крошечный имплант.
Множество электродов импланта считывает сигналы от нейронов и передает их на специальный компьютер. Программное обеспечение для декодирования BrainGate интерпретирует сигнал и преобразует его в команду для набора текста.
Компьютер оснащен виртуальной клавиатурой. Человек с электродом должен набирать текст мысленно – представлять, как он двигает рукой и нажимает на виртуальную кнопку. Существенный минус — скорость «печати»: всего 8 слов в минуту.
Сигнал для рук
Компания MoreGrasp использует более простую технологию без инвазивного вмешательства. Она создает протез руки, с помощью которого человек сможет брать различные предметы. Протез разрабатывается индивидуально под каждого. При помощи беспроводной технологии прибор списывает сигналы, проходящие в мозге при намерении пошевелить рукой. Полученный «каталог» сигналов используют для создания вспомогательного протеза.
Спустя полтора года после травмы спинного мозга человек вновь смог ощутить прикосновения. 32-летнему парализованному пациенту помогли технологии на стыке протезирования и микрохирургии. Результаты этой работы ученые из Калифорнийского технологического института 10 апреля опубликовали в журнале eLIFE.
Расположение вживленных пациенту имплантов на 3D-модели левого полушария. 96-канальные электроды были имплантированы в премоторную кору (PMv) и супрамаргинальную извилину (SMG), а 48-канальные — в первичную соматосенсорную кору (S1)
По данным Всемирной Организации Здравоохранения ежегодно от 250 тыс до 500 тыс человек во всем мире перестают ходить и теряют тактильные ощущения из-за травм спинного мозга.
Первые попытки ученых восстановить опорно-двигательную систему были предприняты более 20 лет назад. Исследования в области восстановления функционирования спинного мозга проводил профессор Грегуар Куртин, английский ученый Джеффри Райтман. Но о прорывных успехах в данной области заговорили лишь в последние годы.
Возврат тактильных ощущений
Одно из последних достижений принадлежит исследователям из Калифорнийского технологического института под руководством нейрохирурга Ричарда Андерсена. Ученые вживили в кору головного мозга парализованного человека две группы микроэлектродов. В эксперименте принял участие 32-летний пациент, полностью парализованный в результате травмы спинного мозга (произошла 1,5 года назад).
При подобных травмах между нейронами соматосенсорной зоны и рецепторами на коже происходит разрыв связи. В результате чего стимул, который поступает на рецепторы, не доходит до мозга, и человек перестает реагировать на тактильные ощущения. Но сам мозг остается невредимым.
В ходе эксперимента исследователи стимулировали нейроны в мозговой области – на электроды поступали небольшие разряды тока. Нейроны отреагировали лишь на 46 из 96 электродов. При этом сигнал был постоянным и не было фиктивных срабатываний, а реакция напоминала естественную. В ходе эксперимента пациент смог испытать тактильные ощущения, которые он чувствовал до повреждения. Ему казалось, что он жмет руку, поднимает ее, его похлопывают по плечу.
Таблица полученных результатов. Лучше всего имитировались ощущения сдавливания и нажатия. Хуже всего — ощущение мурашек.
Исследователи планируют интегрировать разработку в существующее нейронное протезирование. Подобный опыт у лаборатории Андерсена уже имеется. В 2015 году они создали модель для соединения протезной роботизированной руки с электродами. Благодаря этому парализованный человек мог с помощью протеза брать чашку и пить из нее.
Вот еще несколько разработок, которые в будущем позволят вернуть физическую активность парализованным людям.
Экзоскелет для ходьбы
Израильская компания ReWalk Robotics еще в 2012 году создала экзоскелет, который помогает парализованному ниже пояса человеку начать снова получать удовольствие от прогулок пешком. Фактически это самостоятельный робот, прикрепленный к спине и ногам человека. Им можно управлять посредством внешних кнопок, специальным джойстиком или с помощью компьютера, телефона и планшета.
Система ReWalk оснащена сервоприводами, расположенными в «бедрах» и «коленях», которые дают возможность ходить. Также устройство включает акселерометры для отслеживания положения конечностей человека и всего тела в целом.
В экзоскелете человек может перемещаться со скоростью 2.6 км\ч. Вес устройства – 25 кг. Одного заряда аккумулятора хватает на 180 минут работы. Стоимость системы – $77000.
Транспорт для речи
Немецкий нейробиолог Нильс Бирбаумер из Центра Висса разработал устройство, позволяющее полностью парализованным людям общаться. Прибор имеет нейрокомпьютерный интерфейс, который записывает ответы «да» и «нет» от пациентов, лишённых произвольных движений мышц. Технология основана на измерении активности мозга и кровотоков.
Прибор надевается на голову и передает сигналы, поступающие из мозга человека, при помощи инфракрасной спектроскопии. Подробнее о разработке
Медики полагают, что с помощью устройства можно определять, находится парализованный человек в сознании или нет. В дальнейшем они планируют создать технологию, которая даст возможность пациентам общаться более полно, не ограничиваясь ответами «да» и «нет».
Сила мысли
Коллеги Бирмбауера из Стэнфорда во главе с нейрохирургом Джейми Хендерсоном создали технологию, благодаря которой пациенты с синдромом «запертого человека» могут общаться с помощью печатного текста. Правда, для этого потребуется хирургическое вмешательство: в кору головного мозга, отвечающую за движения, пациентам встраивают крошечный имплант.
Множество электродов импланта считывает сигналы от нейронов и передает их на специальный компьютер. Программное обеспечение для декодирования BrainGate интерпретирует сигнал и преобразует его в команду для набора текста.
Компьютер оснащен виртуальной клавиатурой. Человек с электродом должен набирать текст мысленно – представлять, как он двигает рукой и нажимает на виртуальную кнопку. Существенный минус — скорость «печати»: всего 8 слов в минуту.
Сигнал для рук
Компания MoreGrasp использует более простую технологию без инвазивного вмешательства. Она создает протез руки, с помощью которого человек сможет брать различные предметы. Протез разрабатывается индивидуально под каждого. При помощи беспроводной технологии прибор списывает сигналы, проходящие в мозге при намерении пошевелить рукой. Полученный «каталог» сигналов используют для создания вспомогательного протеза.
