Інвазивна мікростимуляція повернула тактильні відчуття паралізованому пацієнту

Американським вченим вдалося відтворити чутливість кінцівок паралізованому пацієнту за допомогою інвазивної стимуляції через мікроелектроди, встановлені в соматосенсорній корі головного мозку. Учасник експерименту повідомив, що зміг відчути дотик до руки, а також відчути її рух, йдеться в статті, опублікованій в журналі.

Соматосенсорна система входить до складу нервової системи і відповідає за зобов'язання, пропріоцепцію (відчуття власного тіла в просторі), ноцицепцію (відчуття болю) і відчуття температури. При впливі стимулу на органи почуттів інформація від афферентних (рецепторних, або чутливих) нейронів подає сигнал в ЦНС. У разі контакту зі шкірою сигнал від афферентних нейронів посилається на обробку в первинну соматосенсорну кору, що знаходиться в районі постцентральної звивини теменної частки кори великих півкуль.

Внаслідок пошкодження спинного мозку зв'язок між органами почуттів і соматосенсорною корою, що обробляє сигнали від афферентних нейронів, порушується, і пацієнт з такою травмою втрачає чутливість. Сама кора залишається недоторканою; тому, незважаючи на те, що пошкодження спинного мозку невиліковні, а викликана ним неможливість зобов'язання - перманентна, реакцію можна викликати за допомогою прямої стимуляції відповідних відділів кори.

Щоб домогтися максимальної точності реакції, вчені використовують інвазивний метод стимуляції, при якому електроди імплантуються прямо в мозок пацієнта. Зазвичай при цьому використовують сильні розряди струму, стимулюючи кору, але при цьому викликаючи неприродні відчуття в органах зобов'язання: пацієнти часто описують їх як покалювання або розряди струму.

Альтернативою класичній інвазивній електростимуляції може послужити використання мікроелектродів: зменшення як ділянки стимуляції, так і сили струму, що надходить, дозволяє домогтися підвищеної точності. Саме цей метод випробували вчені з Каліфорнійського технологічного інституту під керівництвом Річарда Андерсена (Richard A. Andersen). У їх експерименті взяв участь пацієнт, паралізований нижче шиї в результаті пошкодження спинного мозку. В область соматосенсорної кори його головного мозку були імплантовані два мікроелектроди.

За допомогою стимуляції різних відділів кори різною силою струму вченим вдалося відтворити у пацієнта деякі тактильні відчуття. Так, учасник повідомив, що під час стимуляції зміг відчути, як його руку стискають або стукають по ній. Крім того, при більш сильній стимуляції учасник повідомляв про те, що відчуває руху власної руки: вченим, таким чином, вдалося домогтися відтворення пропріоцепції в кінцівці.

Результати дослідження вказують на розширені можливості мікростимуляції в порівнянні зі звичайним методом інвазивної стимуляції, домагаючись більш наближених до природних відчуттів. Наступним кроком, за словами вчених, буде вивчення того, який патерн електростимуляції і яка ділянка кори призводить до окремих відчуттів, які описав пацієнт.

Крім того, результати також зможуть надалі поліпшити роботу нейроінтерфейсів і протезів кінцівок. У 2016 році американським вченим вперше вдалося створити «чутливий» протез. За допомогою таких же мікроелектродів, імплантованих в соматосенсорну кору паралізованого пацієнта, вченим змогли передати тактильні відчуття від дотиків в руці-протезі.