Новые протезы смогут управляться мозгом

  

14 Июль 2024 | Новые технологии

Время на прочтение: 3 минут(ы)

В ходе клинических испытаний новые протезы позволили испытуемым передвигаться с той же скоростью, что и людям без ампутаций. Экспериментальная операция включала в себя повторное подключение мышц ноги человека, что помогло им генерировать электрические сигналы, запускающие движение протеза.

Эта процедура может помочь людям с ограниченными возможностями адаптироваться к ходьбе с различной скоростью и передвижению по пересеченным участкам местности. Результаты исследования были опубликованы 1 июля в журнале Nature Medicine.

“Мы смогли впервые продемонстрировать полный нейронный контроль бионической ходьбы”, — рассказал первый автор исследования и научный сотрудник Массачусетского технологического института.

Эми Пьетрафитта, параспортсменка, приняла участие в этом исследовании, стартовавшем в 2018 году:

Я чувствую, что моя нога снова на месте.

В настоящее время протезы ног при ходьбе управляются роботами. Они реагируют на окружающую среду и походку человека с помощью заранее определенных команд, которые и определяют особенности движение. Другими словами — люди не имеют полного контроля над протезом конечности, говорится в заявлении Массачусетского технологического института.

“Когда я хожу, мне кажется, что меня ведут, потому что  команды двигателю посылает алгоритм, а не я”, — говорит Хью Херр, соавтор исследования, который создает бионические конечности в Массачусетском технологическом институте, (из интервью  газете Washington Post). Герр пользуется двумя роботизированными протезами, после того как потеряд ноги ниже колена после несчастного случая при восхождении на гору.

Герр и другие исследователи работали над разработкой хирургической процедуры и бионической конечности, которые в совокупности обеспечивали бы функциональность, аналогичную обычной человеческой ноге. В процессе нового исследования они провели экспериментальную операцию семи людям с ампутациями ниже колена, в ходе которой соединили пару мышц, которые работают вместе и управляют ногой.

Процедура позволяет мышцам взаимодействовать друг с другом. Как правило, мышцы работают в паре: одна сокращается, а другая удлиняется, создавая движение. Но традиционные ампутации ниже колена нарушают эти взаимодействия, лишая человека возможности точно определять, где находится его протезированная конечность.

Кроме того, соединение этих мышц позволяет им генерировать электрические сигналы, связанные с движением ноги, которые очень похожи на сигналы в неповрежденной ноге. Участники использовали бионическую ногу с приводимой в действие лодыжкой и электродами, которые могут улавливать эти сигналы, позволяя реагировать на команды мозга.

Чтобы проверить эффективность операции, исследователи сравнили этих семерых участников с семью другими людьми, которым были выполнены традиционные ампутации ниже колена. Все участники использовали одну и ту же бионическую конечность с электродными датчиками.

Сравнение показало, что люди, перенесшие новую хирургическую процедуру, увеличили скорость ходьбы на 41 процент по сравнению с людьми, перенесшими традиционную процедуру, что позволило им передвигаться с максимальной скоростью, аналогичной скорости людей без ампутаций при ходьбе по ровной местности. Испытуемые также могли лучше обходить препятствия и более естественно подниматься по лестницам и склонам. И после операции они испытывали меньше боли и мышечной атрофии.

“Я на самом деле нахожу удивительным, что при столь незначительном обучении они смогли добиться таких хороших результатов”, — рассказывает журналу Nature News Леви Харгроув, инженер-нейротехник из Северо-Западного университета, который не принимал участия в исследовании. — Они получили бы еще больше преимуществ при более длительном ношении устройства”.

Конор Уолш, разработчик носимых вспомогательных роботов в Гарвардском университете (не участвовал в разработке):

Что самое замечательное в этом, так это то, что новые протезы используют хирургические инновации наряду с технологическими.

Исследователям еще предстоит увидеть, как работают конечности за пределами лабораторных условий. Но на данный момент уже около 60 человек перенесли операцию нового типа.

Согласно публикации Financial Times, продукт поступит в продажу примерно через пять лет.

Видео испытаний нового протеза ноги

Позитивные новости по теме:
Подросток создал продвинутый протез руки

---

Использованы материалы:
https://www.nature.com/articles/s41591-024-02994-9
ttps://www.washingtonpost.com/science/2024/07/01/amputation-leg-brain-prosthesis/
https://www.nature.com/articles/s41591-024-02994-9/figures/1
https://www.technologyreview.com/2024/07/01/1094459/bionic-leg-neural-prosthetic/