Інвазивні сенсори для реіннервації допомогли освоїти протез руки

Австрійські вчені провели довгострокове дослідження і довели ефективність і безпеку протезів кінцівок, для управління якими використовуються інвазивні сенсори, що зчитують активність з реіннервованих м'язів. У їх дослідженні взяли участь троє осіб з ампутованою вище ліктя рукою. За час дослідження учасники навчилися керувати протезом, піднімати предмети і навіть захоплювати дрібні монети, пишуть вчені в.

Традиційні системи управління протезами ґрунтуються на зчитуванні електричних сигналів м'язової або нервової активності в цілій частині кінцівки: для цього використовуються методи електроміографії, а також аналіз скорочення м'язів за допомогою ультразвуку. Більшість таких методів, однак, неінвазивні і закріплюються на поверхні руки, через що сильно обмежена їх точність, а головне - швидкість роботи.

Один з інвазивних і більш точних способів зчитування активності з решти руки і її використання для управління протезом - цільова реіннервація м'язів (targeted reinnervation). Після ампутації руки нерви втрачених кінцівок все одно залишаються, але керувати їм нічим; реінервація, таким чином, спрямована на те, щоб «підключити» нерви до інших м'язів - наприклад, у випадку з рукою - до біцепсів, а потім, за допомогою зчитувального сенсора, використовувати м'язову активність для управління протезом, а точніше - окремими його частинами, які відповідають перенаправленим нервам.

Досі про точну ефективність такого методу в довгостроковій перспективі було відомо досить мало: зокрема, було неясно, як швидко пацієнт може навчитися управлінню подібним протезом, наскільки він буде зручним і ефективним, а також - безпечним.

Перевірити в дії один з таких протезів вирішили вчені під керівництвом Оскара Асманна (Oskar Aszmann) з Віденського медичного університету. У їх дослідженні взяли участь три людини з ампутацією однієї руки вище ліктя: після операції реіннервації в решту руки учасникам вживили бездротові сенсори, які збирають м'язові сигнали з біцепса і трицепсу, після чого цю активність посилюють і використовують для управління протезом (кожному учаснику вживили п'ять або шість сенсорів).

За два з половиною роки спостережень учасники навчилися ефективно управлятися з рукою і виконувати досить точні дії: піднімати монетку зі столу, піднімати і переміщати більш великі предмети і, наприклад, наливати воду з графину в склянку. Протези також показали кращу передачу сигналу порівняно з неінвазивними протезами, які дослідники випробували на учасниках як контрольну умову.

Автори роботи, таким чином, показали ефективність і безпеку систем управління протезами з цільової реіннервації м'язів. Вони також уточнили, що невелика кількість учасників не дозволила їм провести статистичний аналіз, який би показав об'єктивну валідність їхніх вимірювань. Дослідження, тому, можна вважати пілотним: надалі систему необхідно буде випробувати на більшій вибірці. Також необхідно подивитися, як використовувана система буде працювати з протезом з більшою кількістю ступенів свободи.

Існують і системи управління протезами, які працюють на основі зчитування активності ділянок моторної кори головного мозку. Вони також дуже ефективні, а одну з таких систем у 2016 році представили американські вчені: вона дозволяє керувати окремими пальцями.