Редакция журнала «Я–МОГУ!» расскажет о невероятном и прорывном российском исследовании в области нейропротезирования, которое с большой долей вероятности поможет людям с протезами вернуть утраченные ощущения и качественно изменить их жизнь.
Проект по купированию фантомных болей и наделению бионических протезов чувствительностью стартовал в 2021 году. Исследованием занимается команда из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), лаборатории нейрореабилитации и нейробиологии в НИИ Сколтеха и компании по производству протезов «Моторика». Штабквартира проекта в «Сколково». Команда состоит из профессионалов в области нейропротезирования: нейрохирург проводит вживление электродов на периферические нервы. Также в команде есть технический руководитель, который отвечает за интеграцию датчиков в протезе, алгоритмы их работы, подбор параметров.
Нейропротезирование — область науки, основная цель которой помогать пациентам, утратившим моторно-сенсорные функции в результате травм нервной системы или ампутаций.
Первоочередной целью исследования было купировать фантомные боли при помощи электростимуляции у ампутантов, а также узнать возможно ли через инвазивную манипуляцию вызвать сенсорный ответ и вернуть человеку, например, ощущения пальцев.
К участию в исследовании допускали пациентов (пилотов) с фантомным болевым синдромом, чтобы при помощи электростимуляции купировать или снизить болевые ощущения. Дополнительно проводились исследования по очувствлению протеза.
На первом этапе, перед вживлением импланта, нужно было локализировать фантомные боли, поэтому некоторым пациентам пришлось поставить не один электрод, а, например, три. После вживления электродов ученые, при помощи подачи разночистотных токов на участок протеза, пытались создать карту ощущений пилота. Стимуляция помогла создать живые ощущения в районе кисти. Многие пациенты в первый раз после ампутации испытали чувства прикосновения и сдавливания.
Далее настал черед сенсомоторных тестов без протеза. Сначала пациент должен был распознать закодированную область на планшете и, когда попадал в нужную, происходила имитация тактильного ощущения. Данный тест помог испытуемым разделять области по форме (их было всего три): квадрат, пентагон и круг. Также был тест на рукописный ввод, т.е. имитация письма при помощи фантомной кисти.
На следующем этапе тестирования пилоты уже при помощи протеза должны были взять предмет и распознать его форму, размер. На кончиках пальцев протеза были расположены датчики, с которых считывалась тактильная информация, также данные об угле раскрытия кисти протеза во время взятия предмета. С электростимуляцией пилоты смогли различить предметы вслепую, а с выключенной электростимуляцией они не просто перестали различать размер предметов, но даже не могли сказать, в каком положении находится кисть — открытом или закрытом.
Сигнал от электрода поступает напрямую в нервную систему, а нервная система учится интерпретировать значения.
По мере активного использования протеза ощущения будут становиться натуральнее и будут применимы к большему числу задач, благодаря пластичности мозга. Таким образом, нейропротезирование должно помочь людям с ампутацией не просто управлять протезом, но и вернуть базовый спектр ощущений и без особых проблем взаимодействовать с предметами внешнего мира.
«Все было очень интересно, будем продолжать», — сказал Дмитрий, один из пилотов проекта.
Дальнейшие исследования
Команда продолжает работу с группой пилотов до 10 человек. Электроды имплантируют не только людям с ампутацией на уровне предплечья, но и на уровне плеча и кисти. Планируется привлечь к испытанию пилотов, которые родились без конечностей (врожденное недоразвитие). У данной группы людей нет фантомных болей, поэтому нужно изучить, как стимуляция повлияет на их ощущения.
Все старые пилоты продолжат участие в исследовании. Конечная цель проекта — дать людям с ампутацией способность самим надевать и снимать протез. Система будет выполнять полный спектр функций: в тело человека вживляются электроды, стимулятор, и по беспроводному соединению они подключаются к протезу. Протез считывает информацию о том, как он, например, захватывает предмет, информация передается во вживленный стимулятор, и он формирует импульсы, которые передаются по нервным окончаниям в мозг.
«Это очень здорово, что такой проект есть у нас в стране. Удалось ощутить, пускай и фантомную руку (реальной уже нет 24 года), но удалось вспомнить те ощущения, которые были когда-то, но уже давно забыты. Мы постоянно ощущаем фантомную руку, как бы она есть, но она в одном положении. Постоянные фантомные боли закрывали все ощущения даже на тех участках, которые остались. Когда мы убрали фантомные боли, я начал ощущать холод, тепло, раньше ощущал только жжение. Когда проводили испытания по очувствлению, возникали различные ощущения: я брал предмет и чувствовал, что держу в руке, словно мячик, т.е. чувствовал предмет полностью, какой он — круглый или плоский. Ощущение было настолько живое, что казалось, что рука есть. Благодарю людей, которые могут подарить надежду таким как мы», — сказал Анатолий, один из пилотов проекта.
В планы научной команды также входит создание прототипа электрода, который заточен под очувствление протезов. Имеющиеся сейчас электроды не очень удобны по вживлению, имплантации, стимуляции и другим техническим параметрам. Некоторым пациентам из-за отторжения приходится реимплатнировать стимулятор, но это зависит от качества материала и самого электрода. Поэтому перед командой стоит задача создать такой имплант, который будет служить десятилетиями.
Эта удивительная технология будущего — очувствление протеза через 3–4 года станет доступна для любого человека, которому нужен протез. Она будет бесплатна и доступна по программе ОМС.
Разумеется, будут ограничения. Пока электроды невозможно вживить людям, страдающим эпилепсией или серьезными нарушениями центральной нервной системы. Но для тех, кто пережил ампутацию, это шаг в новое будущее.
Совместно с ДВФУ и Инновационным научно-техническим центром «Русский» (ИНТЦ «Русский») команда планирует создать российский кибермедицинский кластер — научную площадку для разработчиков, проектов, компаний, которые занимаются инвазивными исследованиями не только в области протезирования, но и в сфере создания искусственных органов и имплантов. Этот проект позволит создать комфортную среду для ученых, обеспечив всестороннюю поддержку от стадии разработки проекта до сертификации изделия.
За инвазивными исследованиями — будущее.
Инновационный научно-технический центр «Русский»
ИНТЦ «Русский» создан по поручению Президента РФ совместно с ведущими российскими цифровыми компаниями в 2018 году. ДВФУ ведет работу по развитию высокотехнологичного бизнеса на Дальнем Востоке и продвижению российских наукоемких продуктов и технологий на рынки стран Азиатско-Тихоокеанского региона.
«Мы делаем ставку на то, что здесь, на острове Русский, рядом с университетом могут прорасти высокотехнологичные компании, конкурентные во всем мире не только сегодня, но и послезавтра. Используя свое географическое положение, ИНТЦ «Русский» станет центром для нашей страны в вопросах продвижения технологий, бизнесов, стартапов и обеспечит выход на капиталы, а также технологии не только стран АТР, но и всего и мира. В этом и заключается наша миссия — объединить российские технологии с глобальными рынками для обеспечения отечественного технологического присутствия в центре мирового развития», — считает проректор по перспективным проектам и новой инфраструктуре ДВФУ, генеральный директор Фонда развития ИНТЦ «Русский» Елена Харисова.
