Как улучшить мозг. Выпуск 8: руки помощи

Ампутация руки влияет не только на возможности человека, но и на его мозг. Однако, несмотря на происходящую в мозге реорганизацию, моторная и соматосенсорная кора могут взаимодействовать с остатками мышц ампутированной руки на протяжении долгих лет после операции, что позволяет хотя бы частично восстановить утраченные функции с помощью протезов. Об этом повествует статья из исследовательского сборника Augmentation of Brain Function: Facts, Fiction and Controversy, опубликованная в журнале Frontiers in Systems Neuroscience.

Схема миоэлектрического протеза. Илл. из обсуждаемой статьи


Даже средневековые протезы не были статичными — это были механические устройства, позволявшие брать предметы, сжимать искусственные пальцы в кулак и совершать прочие несложные действия. Современные человеко-машинные интерфейсы позволяют контролировать протез руки через мозг, периферические нервы или мышцы. Первые два способа выглядят весьма многообещающе, но они требуют оперативного вмешательства, поэтому пока что используются только в научных исследованиях. А вот электромиография нашла широкое применение в протезировании.

Миоэлектрический протез состоит из двух частей — непосредственно искусственной руки и системы контроля. В разъёме для культи находятся несколько электродов, расположенных соответственно определённым мышцам. Миоэлектрический импульс — усиление электрического сигнала, производимого мышцами — необходим для того, чтобы сжимать и разжимать кисть. С помощью разных стратегий контроля можно осуществлять множество других действий. Движения протеза далеки от естественных, поэтому использование искусственной руки требует тщательного обучения.

Иногда протезами можно управлять, например, с помощью жестов, считываемых благодаря гироскопу. Также некоторые протезы умеют работать с bluetooth-маячками, прикреплёнными к определённым предметам.

Но даже такие высокотехнологичные протезы далеки от совершенства. На работу датчиков, считывающих сигналы мышц, может повлиять всё, что угодно — от анатомических характеристик обладателя протеза до его усталости или образования пота в месте соприкосновения с кожей. Часть возможных проблем можно предотвратить, вживив электроды в культю.

Лучшего эффекта удаётся достичь при помощи направленной мышечной реинневрации (Targeted Muscle Reinnervation, TMR). Это хирургическая процедура, при которой нервы, использовавшиеся для управления мышцами, перенаправляются в другие мышцы, те, с которых удобно снимать достоверные миоэлектрические импульсы.

Возможности передачи сигналов от руки к мозгу изучаются довольно давно. Так, ещё в 1980-е был всплеск интереса учёных к стимуляции кожи электро- и виброимпульсами. TMR может оказаться здесь весьма полезной, так как теоретически допускает наличие обратной сенсорной связи. Однако такая возможность пока что исследуется довольно редко.

Существует несколько проблем, с которыми сталкиваются разработчики. Во-первых, учитывая сложность конструкции, непросто разработать достаточно прочное и надёжное устройство. Во-вторых, сенсорно-двигательному контуру нужны системы обратной связи. И, в-третьих, в лабораторных условиях протезы обычно тестируются на здоровых людях, что не позволяет учесть некоторые особенности жизни людей с ампутированными конечностями.


Текст: Алла Салькова

Control Capabilities of Myoelectric Robotic Prostheses by Hand Amputees: A Scientific Research and Market Overview

Manfredo Atzori and Henning Müller

https://doi.org/10.3389/fnsys.2015.00162

Выпуск 7: почему IQ-тесты не всегда корректно работают?

Выпуск 6: что есть сознание и есть ли оно у интернета?

Выпуск 5: база данных ЭЭГ.

Выпуск 4: интерфейс «мозг-компьютер», прогресс за рамками определений.

Выпуск 3: магнитная стимуляция и поведенческая терапия.

Выпуск 2: как объяснить сознание.

Выпуск 1: нейропротезы замкнутого цикла.

Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

 

Как улучшить мозг. Выпуск 1: нейропротезы замкнутого цикла

Ежегодной европейской исследовательской премией Frontiers Spotlight Award 2017 награждена группа редакторов журнала Frontiers in Neuroscience под руководством нашего друга Михаила Лебедева (другими редакторами стали Иоан…

Кортикальный протез сможет вернуть зрение слепым

Научная группа Нидерландского института нейронауки (Амстердам) представила свою последнюю разработку – устройство, помогающее слепым людям различать силуэты предметов. Протез был представлен на конференции BCISamara-2018, которую…

3D-принтер в помощь нейрохирургу

В Медицинском центре Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) провели уникальную операцию по реконструкции черепной коробки. При ее подготовке использовалась технология 3D-моделирования и печати имплантов из современных…

«Протез памяти» даёт надежду людям с нейродегенеративными заболеваниями

Учёные из США протестировали нейропротез для усиления памяти человека. Краткосрочная память пациентов при использовании этого устройства улучшилась на 35-37 процентов по сравнению с контрольной группой,…

«Электронная кожа» — еще один шаг к киборгам?

Исследователи из Национального универстета Сингапура и американского Университета Джонса Хопкинса создали прототип электронной кожи, которая позволила пациенту с ампутированной конечностью снова ощущать при помощи протеза….

«Экзоперчатка» для перенесших инсульт

Исследователи из Высшей политехнической школы Цюриха (ETH Zurich) создали экзоскелет для кисти пациентов, парализованных после инсульта. О том, что это за устройство, и что оно…

В ДВФУ началась нейрореабилитация при помощи российского экзоскелета

Мы не так часто публикуем подобные объявления, тем не менее, считаем важным донести такие вещи до максимального количества потенциальных пациентов. Экзоскелет российского производства пополнил базу…

Десятилетия спустя мозг управляет утраченными конечностями

Есть такое понятие — «фантомная конечность». Это явление, при котором человек ощущает ампутированную руку, ногу или палец. Например, чувствует, что она болит или чешется. Учёные…

Интерфейс «человек-компьютер» с берегов Волги

Нижегородские нейротехнологи представили нейроинтерфейс «человек-компьютер», при помощи которого можно управлять квадрокоптером или экзоскелетом. При этом, в отличие от сложного и дорогого интерфейса «мозг-компьютер», нижегородцы в…

Как выпить пиво силой мысли

Эрик Сорто после травмы спинного мозга (несчастный случай 12 лет тому назад) заработал квадриплегию — он парализован полностью ниже шеи.  И вот теперь, дюжину лет спустя, он…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 92: роботы и протезы почувствуют прикосновение

Искусственную нервную систему, которая может позволить протезам и роботам ощущать прикосновение, создали исследователи из Стэнфордского университета. Разработка чувствительна настолько, чтобы идентифицировать буквы в алфавите Брайля, а…

Функциональный нейропротез с сенсорной обратной связью все ближе

Команда Университета Чикаго получила от Национального института здоровья США (NIH) грант в размере 3,4 миллиона долларов на разработку протеза на основе интерфейса мозг-компьютер (BCI), которые…

Лекция Михаила Лебедева. Интерфейс между мозгом и компьютером

Четверг, 26 апреля 2018 года, 19:00, Москва, Культурно-просветительский центр «Архэ». Высшая школа экономики и Культурно-просветительский центр «АРХЭ» приглашают на цикл лекций программы «Когнитивные науки и технологии: от нейрона к познанию»…

Мауро Костагли: «Я не знаю ни одной приличной песни о науке»

Один из главных инструментов нейронаук — что ещё более верно в отношении неврологии — магниторезонансный томограф. Из года в год мощность этих устройств растёт, и вот уже…

Михаил Лебедев об интерфейсе «мозг-компьютер» и сознании

В наше время ведется достаточно много бесед о природе сознания и о том, как нейротехнологии могут его изменять. Надпись «того, что не могу воссоздать, того не…

Разработан алгоритм неинвазивного определения сегментов спинного мозга

Ученые из Института физиологии им. И.П. Павлова разработали алгоритм неинвазивного прогнозирования длин и положений сегментов спинного мозга на основе характеристик позвонков. Алгоритм поможет в проведении…

Стимуляция спинного мозга против паралича

Ученые разработали систему, которая позволит восстанавливать движение у грызунов и приматов, стимулируя сразу несколько сегментов спинного мозга. Результаты многолетнего исследования, проведенного на моделях грызунов и…