В ногу со временем

Бионика — модное направление, которое включает в себя целый ряд систем, соединяющих технические устройства с живыми организмами. В последние годы многие исследователи в разных странах пытаются воплотить в жизнь давнюю мечту: заставить протез передавать ощущения так, как это делает обычная рука или нога. Цель — дать человеку осознать, что он использует собственную конечность, и тем самым восстановить чувство целостности. Считается, что утрата этого ощущения тяжело воспринимается как на физическом уровне — пациенты страдают фантомными болями, так и на моральном — человеку сложно вернуть чувство полноценности.

Кроме того, обычные протезы, не способные передать сенсорную информацию о движении и взаимодействии с землей, приносят массу неудобств: приходится постоянно думать о том, как поведет себя протез при следующем шаге, снижается уверенность походки и скорость ходьбы, а это порождает умственную и физическую усталость. Наиболее перспективный проект в области бионического протезирования —бионический чувствительный протез ноги. В конце сентября группа исследователей во главе с ETH Zurich и компанией SensArs анонсировала интерфейс, обеспечивающий сенсорную обратную связь между протезом и мозгом человека.

Как это работает

Под протез стопы помещена сенсорная стелька, которая передает информацию в контроллер, расположенный в районе колена. Оттуда к нервам пациента отправляются электрические сигналы, «переведенные» на язык мозга. Благодаря крошечным электродам, вживленным в бедренный нерв человека, они попадают прямо в мозг. Таким образом, центральная нервная система воспринимает сигналы, исходящие от искусственной конечности, как свои и, соответственно, регулирует ходьбу. Чтобы определить, решает ли восстановление нервной сенсорной связи проблемы, связанные с использованием обычного протеза, ученые провели исследование с участием добровольцев, у которых нога была ампутирована выше колена.

Как развивалось протезирование конечностей

Тесты проводились на различной местности: на улице, в помещении, на песке, с включенной сенсорной связью и без. В результате испытаний выяснилось, что благодаря наличию обратной связи человек прикладывает меньше усилий при ходьбе, повышаются выносливость и скорость ходьбы. Пациенты почти без усилий даже могли подняться по лестнице, что считается высшим пилотажем. Также итогом исследования стало снижение фантомной боли до 80 процентов. В результате была доказана польза использования нейропротезов для восстановления сенсорной обратной связи, что дает обоснование для проведения более крупных популяционных исследований. Ученые надеются в скором времени сделать такую технологию доступной каждому.

Эксперт

Вживить навсегда

«Люди, использующие протез ноги, не знают точно, где находится их протез, как он движется или на какой поверхности он стоит. Из-за этого они при ходьбе слишком часто опираются на неповрежденную ногу, что снижает подвижность и повышает утомляемость. Поэтому для людей, использующих протез, простая прогулка по гальке или песку может оказаться очень утомительной. Кроме того, люди с ампутацией могут испытывать фантомные боли в конечностях, от которых зачастую не могут избавить лекарства.

Станиса Распопович, профессор Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе, один из ведущих исследователей проекта по созданию бионического протеза ноги

Наш протез значительно снижает физическое и психическое напряжение, а также фантомные боли в конечностях, в то же время повышая устойчивость и скорость ходьбы. При движении бионическая нога физически ощутимо менее требовательна, о чем говорит заметное снижение потребления кислорода во время движения. Измеряя мозговую активность, наши исследователи доказали: передвижение с биопротезом в умственном плане дается легче. В рамках уже определенного четырехлетнего проекта мы планируем разработать беспроводное устройство нейростимуляции, которое можно полностью имплантировать, как кардиостимулятор, и которое можно будет вывести на рынок. В настоящее время еще трудно оценить, сколько будет стоить протез, когда попадет на рынок, так как при более высоком объеме производства цены заметно падают. Наша цель — достичь ценового диапазона, который будет покрываться страхованием здоровья и национальной системой здравоохранения. Будем надеяться, что скоро наши биопротезы будут доступны и в России».