Ампутанты различают знакомые ощущения на протезе руки

Еще до того, как он потерял правую руку в результате несчастного случая на производстве 4 года назад, Игорь Спетич заставил семью открыть его флакончики с лекарствами. Ватные шарики вызывают у него мурашки по коже.

Теперь, когда во время эксперимента ему завязали глаза, он чувствует, как волосы у него на руке поднимаются, когда исследователь чистит тыльную сторону протезной руки ватным тампоном.

Спетик, конечно, мяч не чувствует. Но образцы электрических сигналов посылаются компьютером в нервы его руки и в мозг, что говорит ему о другом. "Я сразу понял, что это хлопок," он сказал.

Это один из нескольких типов ощущений, которые Спетик из Мэдисона, штат Огайо, может испытывать с помощью протезной системы, разработанной Университетом Кейс Вестерн Резерв и Медицинским центром по делам ветеранов Луи Стоукса в Кливленде.

Спетик был взволнован, чтобы "Чувствовать" снова и быстро получил неожиданную выгоду. Призрачная боль, которую он перенес, которую он описал как тиски, раздавливающие его сжатый кулак, почти полностью утихла. Второй пациент, у которого было меньше фантомной боли после потери правой руки и большей части предплечья в результате несчастного случая, сказал, что его тоже почти нет.

Несмотря на фантомную боль, оба мужчины сказали, что в первый раз, когда они были подключены к системе и получили электрическую стимуляцию, они впервые почувствовали свои руки после несчастных случаев. В последующие месяцы они начали ощущать знакомые ощущения, и они могли управлять своими протезами с большей – ну – ловкостью.

"Чувство осязания – один из способов взаимодействия с окружающими нас объектами," сказал Дастин Тайлер, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Case Western Reserve и директор по исследованиям. "Наша цель – не просто восстановить работоспособность, но и восстановить связь с миром. Это длительное, хроническое восстановление чувствительности в нескольких точках на руке."

"По словам Тайлера, заместителя директора Центра передовых технологий платформы в Кливленде, штат Вирджиния, эта работа повторно активирует области мозга, которые вызывают осязание. "Когда рука потеряна, входы, которые включали эти области, были потеряны."

Как работает система и результаты будут опубликованы онлайн в журнале Science Translational Medicine Oct. 8.

"Чувство осязания действительно улучшается," сказал Кейт Вондерхуэвел из Сиднея, штат Огайо, который потерял руку в 2005 году, и ему была имплантирована система в январе 2013 года. "Они меняют вещи на компьютере, чтобы изменить ощущение.

"Один раз," он сказал, "мне казалось, что вода течет по тыльной стороне моей руки."

Система, которая на данный момент ограничена лабораторией, использует электрическую стимуляцию, чтобы дать чувство ощущения. Но есть ключевые отличия от других заявленных усилий.

Во-первых, нервы, которые используются для передачи чувства прикосновения к мозгу, стимулируются точками контакта на манжетах, которые окружают основные нервные пучки в руке, а не электродами, вставленными через защитные нервные мембраны.

Хирурги Майкл Кейт, доктор медицины и Дж. Роберт Андерсон, доктор медицины, из Медицинской школы Кейс Вестерн Резерв и Кливленд, штат Вирджиния, имплантировал три электродные манжеты в предплечье Спетика, что позволило ему почувствовать 19 различных точек; и две манжеты на плече Вондерхуэвеля, позволяющие ему чувствовать 16 различных мест.

Во-вторых, когда они начали исследование, Спетик ощущал покалывание при прикосновении к сенсору. Чтобы обеспечить более естественные ощущения, исследовательская группа разработала алгоритмы, которые преобразуют входные данные от датчиков, прикрепленных к руке пациента, в различные модели и интенсивности электрических сигналов. Сами датчики недостаточно сложны, чтобы различать текстуры, они обнаруживают только давление.

Различные образцы сигналов, проходящие через манжеты, воспринимаются мозгом как разные стимулы. Ученые продолжают уточнять закономерности, и Спетик и Вондерхуэвель, кажется, становятся более приспособленными к ним.

В-третьих, система проработала 2,5 года в Спетике и 1,5 года в Вондерхуэвале. Другое исследование показало, что ощущения продолжаются один месяц, а в некоторых случаях способность чувствовать начала исчезать в течение нескольких недель.

Вондерхуэвель с завязанными глазами держал в руке протез виноград или вишню – сигналы, позволяющие ему оценить, насколько сильно он сжимает, – и вытащил стебли.

"Когда сенсация, это не так уж сложно," он сказал. "Когда он выключен, получается много виноградного сока."

Различные шаблоны сигналов, интерпретируемые как наждачная бумага, гладкая поверхность и ребристая поверхность, позволяли Спетику с завязанными глазами различать каждый, когда они прикладывались к его руке. И когда исследователи коснулись двух разных мест с двумя разными текстурами одновременно, он смог различить тип и расположение каждого из них.

Тайлер считает, что каждый создает карту ощущений из своей истории жизни, которая позволяет им соотносить входные данные с данным ощущением.

"Я не предполагаю, что стимулы, которые мы даем, точно попадают в точки на карте, но они достаточно знакомы, чтобы мозг мог определить, что это такое," он сказал.

Тайлер надеется, что благодаря продолжающемуся прогрессу Vonderheuval и Spetic, этот метод может обеспечить пожизненное использование. Он оптимистично настроен, что его команда сможет разработать систему, которую пациент мог бы использовать дома, в течение пяти лет.

Тайлер считает, что эту технологию можно использовать не только для протезирования рук, но и для того, чтобы помочь тем, кто пользуется протезами ног, получить информацию с земли и приспособиться к гравию или неровным поверхностям. Помимо этого, нейронный интерфейс и новые методы стимуляции могут быть полезны для контроля тремора, глубокой стимуляции мозга и многого другого.

5 комментариев к “Ампутанты различают знакомые ощущения на протезе руки”

  1. Благодарю покорно за все ответы на все вопросы. На практике увидел полно свежего. Только до окончания так и не разобрался что и отколе.

Оставьте комментарий