Международная исследовательская группа под руководством Кливлендской клиники разработала бионическую систему, которая сочетает в себе три важные функции: интуитивное управление моторикой, кинестезию касания и захвата, интуитивное ощущение открытия и закрытия руки. Соавторы включали Университет Альберты и Университет Нью-Брансуика.
«Мы модифицировали стандартный протез с помощью этой сложной бионической системы, которая позволяет владельцам более интуитивно двигать протезами и одновременно ощущать прикосновения и движения», – сказал ведущий исследователь Пол Мараско, Ph.D., доцент кафедры биомедицинской инженерии Кливлендской клиники Исследовательского института им.
Лернера. "Эти результаты являются важным шагом на пути к тому, чтобы людям, перенесшим ампутацию, полностью восстановили естественную функцию руки."
Система является первой, которая тестирует все три сенсорные и моторные функции в нейро-машинном интерфейсе одновременно в протезе руки. Нейро-машинный интерфейс соединяется с нервами конечностей пользователя. Это позволяет пациентам посылать нервные импульсы от своего мозга к протезу, когда они хотят его использовать или перемещать, а также получать физическую информацию из окружающей среды и передавать ее обратно в мозг через свои нервы.
Двунаправленная обратная связь и контроль искусственной руки позволили участникам исследования выполнять задачи с той же степенью точности, что и люди без инвалидности.
«Возможно, больше всего мы были взволнованы, узнав, что они выносили суждения, решения, рассчитывали и исправляли свои ошибки, как человек без ампутации», – сказал доктор.
Мараско, возглавляющий Лабораторию бионической интеграции. "С новой бионической конечностью люди вели себя так, как будто у них была естественная рука. Обычно это поведение мозга сильно различается у людей с протезами верхних конечностей и без них."Доктор. Мараско также назначен на прием в Центр эпилепсии Чарльза Шора клиники Кливленда и Центр передовых платформенных технологий Медицинского центра Кливленда.
Исследователи протестировали свою новую бионическую конечность на двух участниках исследования с ампутациями верхней конечности, которые ранее прошли целенаправленную сенсорную и моторную реиннервацию – процедуры, которые устанавливают нейро-машинный интерфейс путем перенаправления ампутированных нервов на оставшуюся кожу и мышцы. Из-за небольшого размера исследования важны дополнительные исследования.
При целевой сенсорной реиннервации прикосновение к коже маленькими роботами активирует сенсорные рецепторы, которые позволяют пациентам воспринимать ощущение прикосновения.
При целевой реиннервации моторики, когда пациенты думают о движении конечностей, реиннервируемые мышцы взаимодействуют с компьютеризированным протезом, чтобы двигаться таким же образом. Кроме того, маленькие мощные роботы вызывают вибрацию кинестетических сенсорных рецепторов в тех же мышцах, что помогает владельцам протезов чувствовать, что их рука и рука движутся.
Используя усовершенствованные протезы, участники выполняли задания, отражающие основные повседневные привычки, требующие функциональности кисти и руки. С помощью своих недавно разработанных передовых инструментов оценки исследователи оценили эффективность бионической конечности по сравнению с показателями людей без инвалидности и людей с ампутациями, у которых есть традиционные протезы.
Они также сравнили, как жили люди с продвинутым протезом, когда три сенсорных и моторных модальности использовались вместе, по сравнению с индивидуальными.
По словам доктора.
Мараско, поскольку люди с традиционным протезированием не могут чувствовать конечностями, они ведут себя иначе, чем люди без ампутации, выполняя задачи в повседневной жизни. Например, владельцы традиционных протезов должны постоянно следить за своим протезом во время его использования, и им трудно научиться исправлять ошибки, когда они прикладывают слишком много или мало силы рукой.
С новой искусственной рукой и передовыми инструментами оценки исследователи смогли увидеть, что мозг и поведенческие стратегии участников исследования изменились, чтобы соответствовать таковым человека без ампутации. Им больше не нужно было следить за своим протезом, они могли находить вещи, не глядя, и они могли более эффективно исправлять свои ошибки.
«За последние десять или два года достижения в области протезирования помогли владельцам достичь большей функциональности и самостоятельно управлять повседневной жизнью», – сказал д-р. Мараско. «Впервые люди с ампутацией верхней конечности теперь могут снова« думать »как здоровые люди, что может предложить владельцам протезов новый уровень беспрепятственной реинтеграции обратно в повседневную жизнь."
Помимо этого исследования, новые измерения результатов, связанные с поведением и функциональностью мозга, которые международная команда разработала для оценки бионической системы, могут быть применены к любому протезу или дефициту верхней конечности, который связан с ощущениями и движением.
Исследование частично финансировалось Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США.
В 2018 г. Мараско опубликовал основополагающую статью в журнале Science Translational Medicine о новом методе восстановления естественных ощущений движения у пациентов с протезами рук.