Российские ученые модернизировали протезы, которые позволяют вернуть пациентам способность осязать и могут избавить их от фантомных болей. На новом этапе исследования удалось достичь того, что киберконечностью стало возможно двигать свободно, без фиксации. Устройство управляется через специальный интерфейс и позволяет получать сенсорную обратную связь в виде электростимуляции, которая вызывает ощущения в утраченной конечности. Также искусственная рука позволяет различать твердые и мягкие предметы, а также их размер и текстуру. Эксперты считают, что разработка способна существенно улучшить качество жизни людей, перенесших ампутацию.
Вернуть в чувства
В РФ завершился четвертый этап исследования по очувствлению протезов и купированию фантомных болей. Его цель — проверить технологию с новой системой передачи реальных ощущений. Исследования ведутся с 2021 года совместными усилиями компании-разработчика, ДВФУ и Сколтеха. Одно из ключевых достижений — разработка прототипа серийной модели протеза, главная отличительная особенность которого — сенсорная обратная связь.
Отличие созданного прототипа от предыдущих заключается в том, что новая киберрука двигается свободно, без фиксации. Пилоты-испытатели брали хрупкие предметы с ее помощью и перемещали их.
— Управление бионическим протезом всё еще существенно отличается от использования естественной руки. Мы работаем над тем, чтобы сделать киберпротезы с очувствлением. В 2024 году планируется открытие Центра кибернетической медицины и нейропротезирования, где одной из главных задач будет создание и применение новых типов таких устройств с обратной связью, — рассказал «Известиям» генеральный директор «Моторики» Андрей Давидюк.
Пациент, который участвовал в последнем этапе, потерял кисть в результате взрыва и испытывал сильные боли. Ученым удалось снизить их на 70–80% с помощью электростимуляции, даже без протеза.
— С протезом мы полностью избавили пациента от фантомных болей. Этот этап очень значим для нас, так как мы рассчитываем на долгосрочный результат. Специалисты продолжат отслеживать и корректировать лечение, когда электрод полностью приживется к нерву. Если предыдущие этапы были направлены на мгновенный результат, то сейчас мы хотим оценить, как будут меняться показатели с течением времени. Для этого нужно делать акцент на послеоперационном состоянии, — сообщил «Известиям» нейрохирург Медицинского комплекса ДВФУ Артур Биктимиров.
Пациенту вживили электрод в периферический нерв и спинной мозг и провели ряд исследований, чтобы создать протез, идеально соответствующий его индивидуальным параметрам, подчеркнул нейрохирург.
Длительный эффект
В отличие от предыдущих этапов, на этот раз исследование проводилось в два раунда, с расширенным периодом реабилитации после вживления электродов. Вторая часть, которая прошла спустя несколько месяцев после операции, позволила специалистам проверить протокол реабилитации пациентов. Также были получены ценные сведения о снижении подвижности электродов в ткани с течением времени. Дело в том, что электроды не сразу «приживаются» и принимают неподвижное положение.
— На этом этапе мы впервые в полной мере реализовали систему двунаправленного нейропротеза. Он управляется через электромиографический интерфейс и позволяет получать сенсорную обратную связь в виде электростимуляции, которая вызывает ощущения в утраченной конечности, — сказал аспирант Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана в Сколтехе и научный координатор проекта Гурген Согоян.
В ходе исследования также регулярно измерялась скорость выполнения задания пациентом. Например, он перемещал объекты при помощи протеза руки в движении.
— Он ощущал их кончиками пальцев. Пациент смог даже перенести стакан, полный хрупких шариков, и не рассыпать их, — добавил Согоян.
Еще одно новшество четвертого этапа — использование айтрекинга — технологии отслеживания положения глаз. При помощи алгоритмов искусственного интеллекта и системы слежения за взглядом пациентов измерялись разные показатели: фиксация на своем протезе, на перемещаемом предмете и на других объектах среды. Такая система позволяет определить увеличение когнитивной нагрузки пациента при выполнении заданий. Результаты четвертого этапа показали, что благодаря увеличению естественной чувствительности в протезе паттерн наблюдения за ним у пациента поменялся — зрительная фиксация снизилась. Успешность схватов протеза стала оцениваться больше за счет ощущений, а не зрения.
Жизнь без фантомных болей
Ученые достигли важных результатов в области нейропротезирования, рассказал директор НИИ нейронаук СамГМУ, эксперт Центра компетенций НТИ «Бионическая инженерия в медицине» на базе СамГМУ, доцент Александр Захаров.
— Фантомные боли действительно беспокоят многих людей, перенесших ампутацию конечности, поэтому такие разработки необходимы для кратного повышения качества жизни. В целом нейропротезирование выходит на новый уровень, который однажды позволит людям с ампутацией конечностей максимально приблизиться к тому уровню жизни, который у них был. Надеемся, что исследования в этой области будут продолжаться и находить поддержку, — сказал он.
Понимание и управление фантомной болью — это критически важная проблема для людей, перенесших ампутацию, рассказал эксперт рынка НТИ «Нейронет», руководитель департамента организации проектной деятельности АНО «Технологии возможностей» Дмитрий Лапин.
— Дальнейшее усовершенствование технологии очувствления позволит сделать протезы намного более интуитивными и естественными в использовании. Это откроет возможности для более широкого применения протезов с нейротехнологиями, которые будут лучше интегрироваться с телом пациента и улучшат их мобильность и качество жизни, — отметил он.
Эксперты отметили, что эти разработки имеют высокий потенциал для улучшения качества жизни людей, перенесших ампутации, и открывают новые горизонты для дальнейших исследований и инноваций в сфере протезирования. Однако необходимы дальнейшие долгосрочные исследования.