Изкуствените крайници придобиват сензорни усещания

Човешката ръка е много сложна, затова нормалното й управление е възможно само при фина обратна връзка и чувство за осезание.

Поради тези причини дори най-съвършените и подвижни протези не могат да дадат свобода на действията.

Ново изследване на учените от Чикагския университет е в основата на чувствителните към докосване протези, които в режим на реално време ще предават сензорна информация от изкуствения крайник към мозъка.

„За възстановяването на сензорните двигателни функции на ръката е необходимо не само да заменим сигналите, изпращани от мозъка към крайниците, но и да възстановим импулсите, които изпращат нервните клетки на ръката към мозъка. Смятаме, че ключът към успеха е разбирането на механизма на предаването на сигналите в здравия организъм. С тази информация може да се опитаме изкуствено да възпроизведем модела на невронната активност по пътя на стимулиране на главния мозък”, казва водещият автор на изследването Слиман Бенсмая, доцент от катедрата по биология на организма и атаномия в Чикагския университет.

Бенсмая и екипът му са сътрудници на проекта Revolutionizing Prosthetics („революционно протезиране”), подкрепян от американската агенция DARPA. Този проект е насочен към създаването на модулни изкуствени ръце, които позволяват възстановяване на пълен контрол над движенията на механичните ръце, както и връщане на чувството за осезание на човека.

Чикагските медици преди всичко искат да създадат съвършена система, която би позволила да се възстанови сензориката. След като провели серия експерименти с маймуни, за да установят чия сензорна система прилича на нашата, Бенсмая и колегите му открили схемата на невронната активност, с която се осъществява управлението на крайниците.

Първата серия експерименти била насочена за определяне на разположението на лъчите неврони, отговорни за усещането за докосване в конкретна част на ръката. Животните се научили да определят няколко форми на физически контакт с пръстите. След това изследователите включили електроди към участъците от главния мозък, които отговарят за усещането на всеки пръст. Така те заменили физическите докосвания с електрични импулси, изпращайки сигнали в определени зони на мозъка.

Във втората серия експерименти учените се съсредоточили върху възпроизвеждането на усещането за натиск. За това те разработили алгоритъм, генериращ количеството ток, което би предизвикало необходимото усещане за натиск.

Новата технология ще върне чувството за осезание на липсващия крайник.
© Revolutionizing Prosthetics, DARPA

На финалния стадий Бенсмая и колегите му изучавали последователностите на сигналите на нервната система, които участват в комплексните действия. Те забелязали, че хващането и пускането на даден обект предизвиква изблик на активност в мозъка, които също може да се възпроизведат със електростимулация.

Получените данни били сумирани и оформени във вид на препоръки към създаването на революционна протеза, връщаща сензорните усещания в загубения крайник. Според Бенсмая за успех е необходима обратна връзка с мозъка чрез невронен интерфейс. Той ще подсигури не само надеждността, но и безопасността на протезата.

„Днес пациентите могат да контролират ръцете си със седем степени на свобода. Но всичко това е безсмислено, докато още няма сензорна връзка. Разполагаме с доста съвършени алгоритми, разшифроващи двигателните сигнали. Когато завършим нашите изследвания, функционалността на умните протези ще нарасне съществено”, твърди Бенсмая.

Резултатите от серията експерименти на чикагските учени са публикувани в сп. PNAS.