Біонічні руки не допомогли перепрошити дотику

Команда шведських і американських вчених з'ясувала, що біологічний зворотний зв'язок у протезі руки не можна перебудувати навіть при тривалому носінні пристрою. Три учасники їх дослідження протягом мінімум двох років носили протези, сенсор на кінчику великого пальця яких був підключений до периферійних нервів, що відповідають за відчуття в інших ділянках долоні. Незважаючи на щоденне використання пристрою, учасники не почали відчувати великий палець: при спрацьовуванні сенсора в ньому відчуття все одно виникали в початкових місцях стимуляції. Стаття опублікована в.

Щоб протез міг повністю замінити втрачену кінцівку, важливо налаштувати в ньому біологічний зворотний зв'язок: іншими словами, недостатньо просто навчити людину керувати роботизованою рукою - потрібно також зробити так, щоб вона відчувала те, до чого вона торкається, і, наприклад, могла відчути силу, з якою вистачає предмети. Зазвичай це роблять за допомогою стимуляції недоторканих периферійних нервів - наприклад, медіального або ліктьового: так, рік тому американським вченим вдалося частково відтворити чутливість у протезі руки LUKE.

Зрозуміло, для того, щоб чутливість з'явилася в певних місцях протеза (скажімо, на кінчику вказівного пальця), стимулювати необхідно саме ту ділянку нерва, яка відповідає за неї в здоровій руці. На ділі ж електроди часто імплантують у довільному порядку (точково передбачити необхідне місце досить складно), тому те, чи буде стимуляція призводити до необхідних відчуттів у потрібних місцях, може бути заздалегідь невідомо.

Допомогти могла б певна перебудова сенсорної карти вже після вживлення електродів, тому дослідники під керівництвом Макса Ортіза-Каталану (Max Ortiz-Catalan) з Центру вивчення біоніки і болю при Мельндальському госпіталі вирішили перевірити, чи можуть змінитися відчуття в протезі після його тривалого використання. У їх дослідженні взяли участь три людини з ампутованими руками, які протягом трьох років носили керований протез руки, причому перший час - без біологічного зворотного зв'язку: за цей час вчені за допомогою стимуляції периферійних нервів змогли відстежити, які саме області фантомної руки учасники відчувають. Це дозволило налаштувати сенсори в самому протезі: при дотику сенсора до поверхні стимулювалася необхідна для відтворення відчуття ділянка нервової тканини.

Один зі зв'язків між сенсором і електродом вчені вирішили переналаштувати: електрод, що викликає сенсорну відповідь кінчика середнього пальця або частин гаразд (залежно від учасника) підключили до кінчика великого пальця. Таким чином, при спрацьовуванні сенсора на великому пальці спочатку відчуття з'являлися в інших частинах долоні.

Незважаючи на те, що всі учасники носили протез мінімум по 12 годин на день протягом двох років після налаштування біологічного зворотного зв'язку в ньому, їх сенсорна карта не перебудувалася: вони продовжували відчувати сенсорну відповідь у початкових точках долоні, а не на кінчику великого пальця.

Відновлення загублених функцій після ампутації або, наприклад, інсульту можливо завдяки хорошій пластичності головного мозку, нейронні зв'язки якого можуть поступово перебудуватися - наприклад, завдяки численним тренуванням. Автори роботи показали, що пластичність мозку все ж може бути обмежена: вивчений зв'язок між периферійним нервом і ділянкою соматосенсорної кори, що відповідає за чутливість певної частини тіла, вельми делікатна і, мабуть, насилу піддається корекції.

Дослідники відзначили, що результати їх роботи необхідно враховувати при створенні чутливих протезів, але не виключили, що використання додаткової стимуляції (наприклад, візуальної) все ж дозволить переналаштувати сенсорну карту протеза так, як вони планували.

Якщо для протезів руки важливо налаштувати чутливість і відточити тонкі дії, то при розробці протезів ноги важливіше навчити пристрій обходити перешкоди: нещодавно це вдалося зробити американським інженерам.