Специалисты компании «Моторика» на базе медицинского центра ДВФУ совместно с коллегами из Сколтеха ведут разработку электронного протеза ноги, который может вернуть способность чувствовать конечность.
Ученые имплантировали пациенту в культю и спинной мозг электроды. Через них удалось передать в нервную систему человека сигналы с датчиков, установленных на искусственном аналоге стопы. Разработчики выяснили, каким видам чувствительности соответствует стимуляция током с различными характеристиками. Кроме того, направленное электрическое воздействие позволило избавить участника исследования от фантомных болей. По словам ученых, полученные результаты важны как для фундаментальных исследований, так и для прикладных задач.
Гипотеза исследователей состоит в том, что очувствление протезов ног избавит человека от избыточных усилий при ходьбе, позволит в дальнейшем разработать управляемую бионическую стопу, защитить спину от повреждений и асимметричной нагрузки, а также повысит психологический комфорт, так как протез ноги перестает восприниматься как средство реабилитации или гаджет и ощущается как своя собственная конечность.
Работе над протезом ноги предшествовали два этапа исследований, посвященных очувствлению протезов рук, которые также могли бы передавать ощущения. В ходе хирургической операции нервы в предплечьях пациентов соединили с электродами. Затем ученые выяснили, какие ощущения у участников вызывают импульсы тока с разными характеристиками. Выяснилось, что это могло быть, например, сжатие фантомной руки, вибрация в пальцах. На протезы рук ученые установили датчики давления, которые генерировали электрические импульсы. С их помощью пациенты смогли, не глядя, на ощупь определить маленький или большой размер предметов. Во втором этапе исследования, помимо габаритов (большие, средние, маленькие) предметов, они смогли различить также мягкое и твердое.
После того как первые два этапа эксперимента по очувствлению протезов рук продемонстрировали положительные результаты, ученые решили двигаться дальше и начать работу с нижними конечностями. Сейчас они установили три электрода на периферические нервы и спинной мозг. Таким образом разработчики создают систему, которая будет работать с последствиями ампутации как верхних, так и нижних конечностей.
По словам экспертов, тестирование системы очувствления протезов на пациентах с ампутацией нижних конечностей — важный этап проекта, поскольку их иннервация, управление и ощущения существенно отличаются от верхних. Известно, что стопа — сложнейший орган чувствительности, необходимый для управления позой и ходьбой. Также иннервация ног больше зависит от подкорковых центров мозга, поэтому ее особенности нужно тщательно исследовать.
На данный момент в мире не существует протезов, которые возвращали бы чувствительность. Именно в России разработчики, ученые и хирурги впервые объединились для проведения операций с инвазивной микроэлектроникой, которая обеспечивает взаимодействие бионики с организмом человека. Сейчас этой технологией интересуются специалисты по всей стране. Разработчики надеются, что проект поможет людям из разных регионов и за границей вернуть привычные ощущения.
Следующий этап исследований запланирован на второе полугодие 2023 года. В нем группа специалистов расширит выборку пациентов и попробует зафиксировать более широкий спектр различных ощущений от стимуляции нервной системы, а также новые технические решения в протезировании.
