Как улучшить мозг. Выпуск 8: руки помощи

6 июля 2019

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.