26.09.2013 | Медицина

Сохраненные нервы позволили человеку управлять протезом ноги силой мысли

Медики из Чикаго придумали способ сохранить сенсорные нервы близ ампутированной ноги и научили пациента управлять протезом ноги одной лишь "силой мысли".

31-летний Зак Воутер (Zac Vawter), потерявший конечность в результате мотоциклетной аварии, теперь может нормально ходить, просто думая о движениях, которые он должен совершить. Отныне он может легко перестраиваться от ходьбы по ровной поверхности к подъёму по лестнице и даже играть в футбол. И для этого ему не нужно при смене деятельности как-то менять "настройки" искусственной ноги.

Это стало возможно благодаря тому, что неиспользуемые нервные окончания пациента медики сохранили во время ампутации, а затем перенаправили их на бедро. Там они коммуницируют с роботизированным протезом.

Во время обычной ампутации конечностей основные сенсорные нервы разрываются и теряют свою функцию. Но в 2006 году Тодд Куикен (Todd Kuiken) и его коллеги из Реабилитационного института Чикаго поняли, что сохранить часть функций сенсорных нервов возможно: необходимо во время операции присоединить их к другой части тела.

Это дало возможность использовать перенаправленные нервные сигналы для управления роботизированным протезом. Таким образом, человек получает способность управлять своей новой конечностью с помощью тех же нервов, что первоначально использовались для движения реальной, утерянной конечностью. Команда Куикена впервые опробовала свою процедуру, которая называется целевая мышцевая реиннервация (targeted innervation), на людях, которым пришлось ампутировать руку. Теперь этот метод применили и к тем, кто лишился ноги.

Для начала учёные перенаправили две основные ветви седалищного нерва человека к мышцам бедра выше линии ампутации. Одна ветвь управляет икроножной мышцей и некоторыми мышцами стопы, другая – контролирует мышцы по внешней стороне ноги и ещё несколько мышц стопы. Через несколько месяцев человек научился контролировать свои мышцы бедра, представляя себе, что использует утраченную ногу.

На следующем этапе учёные связали протез с нервными окончаниями. Роботизированная нога – это, по сути, очень сложный механизм связи механических датчиков, в том числе акселерометров. Информация этих датчиков используется для различных типов ходьбы.

Команда Куикена считала, что нога сможет работать ещё лучше, если стиль ходьбы будет диктовать седалищный нерв. Для осуществления этого исследователи просили добровольца мысленно выполнять определённые движения утраченной конечностью (например, сгибать ногу в колене). В это время они фиксировали и затем изучали структуру электрических сигналов от нервов, перенаправленных в мышцы бедра. Обнаружив определённую закономерность в электрической активности, они запрограммировали роботизированную ногу на сгибание при получении соответствующих "команд".

Используя лишь механические данные датчиков (то есть в случае обычной "искусственной ноги"), протез делает верное движение примерно в 87% случаев. С дополнительными данными от нервов этот показатель возрастает до 98%, что почти полностью исключило возможность критической ошибки − ошибки, которая приводит к потере равновесия и падению носителя протеза. Такого рода ошибки часто случаются, когда человеку внезапно приходится изменить стиль ходьбы (например, когда необходимо начать подниматься по лестнице). Но с помощью дополнительной информации, поступающей от нервов, роботизированная нога переключается от одного стиля к другому естественным образом.

Новое поколение роботизированных ног куда более функционально, чем все предыдущие. По сути, такие протезы могут делать всё то, на что была способна утраченная человеком конечность.

Подробности − в издании New England Journal of Medicine.

По публикациям UkrNet