«Двойной нейронный байпасс» восстанавливает движения и чувствительность после паралича

Новая система «двойного нейронного обхода» не только восстановила движения рук, но и вернула пациенту тактильную чувствительность. На первом этапе клинических испытаний некоторые улучшения сохраняются более двух месяцев после отключения стимуляции, а сила рук выросла на 86%. Новая концепция помощи пациентам с травмой спинного мозга опубликована в Nature Medicine.

Технология DNB. Credit: Chandrasekaran, S., et al. / Nature Medicine 2026

Шесть лет назад Кит Томас из Массапеквы (штат Нью-Йорк) нырнул в бассейн и сломал шею. Он потерял сознание, а очнулся уже в больнице с полной тетраплегией, то есть без движения и чувствительности ниже уровня груди. Уровень спинальной травмы по шкале ASIA (American Spinal Injury Association Impairment Scale) оказался максимальным – повреждение класса А. 42-летний мужчина не мог поднять руки к лицу, держать предметы и ничего не чувствовал в кистях и предплечьях. Сегодня, спустя три с лишним года экспериментов, он самостоятельно пьет из чашки, ест, чешет нос и гладит собаку, ощущая ее шерсть. Все это стало возможным благодаря системе «двойного нейронного байпасса» (обхода, double neural bypass — DNB).

Разработанная в Институтах Файнштейна (Feinstein Institutes for Medical Research) под руководством профессора Чеда Баутона система (DNB) сочетает ассистивный и терапевтический подходы.

В нее входят пять компонентов. Первый – два имплантированных в моторную кору (M1) микроэлектродных массива (по 64 канала каждый), которые считывают сигналы мозга, когда пациент представляет движение. Второй – три массива в соматосенсорной (S1) коре (всего 96 каналов) для стимуляции, создающей ощущение прикосновения (интракортикальная микростимуляция, ICMS). Третий – чрескожная стимуляция спинного мозга (tSCS) через специальный электродный патч, нацеленный на нервные корешки шейных сегментов спинного мозга C5-C6 и C7-C8, которая повышает возбудимость спинальных цепей. Четвертый – нейромышечная электростимуляция (NMES) мышц предплечья и активный ортез (AO) с сервоприводом для усиления захвата. И, наконец, пятый – алгоритмы искусственного интеллекта, включающий рекуррентную нейросеть LSTM для расшифровки намерений и агент глубокого обучения с подкреплением (deep RL) для точной регуляции силы сжатия.

Система представляет собой замкнутый контур: мозг отдает команду, рука движется, датчики на пальцах и ладони передают сигнал обратно в S1, имитируя осязание. При этом система обходит поврежденный участок спинного мозга, соединяя «обходные пути» на уровне коры и спинальных цепей.

Стимуляция корешков C5-C6  значительно усилила сгибание локтя. Сила правой руки выросла на 86% (с медианы 13,25 ньютонов до 24,65), левой – на 62% (с 24,03 Н до 38,90 Н). Эти изменения оказались статистически значимыми и позволили Киту впервые поднести обе руки к лицу. Однако мышцы кисти и тактильная чувствительность дистальных (дальше от центра тела) отделов не улучшились, и здесь потребовалась помощь инвазивного интерфейса.

Для восстановления хвата ученые обучили LSTM-декодер на сигналах, записанных во время попыток открыть, закрыть и расслабить правую кисть.

Эта модель сохраняла точность до 84,6% в течение пяти месяцев без дообучения, стабильно различая состояния «покой», «открыть», «закрыть» и «достать». Сигналы шли на NMES-электроды на предплечье, которые заставляли пальцы сгибаться и разгибаться. Однако сила захвата оказалась недостаточной для удержания реальных предметов, и тогда в дело вступил активный ортез – 3D-печатный каркас с сервоприводом, который сжимал указательный и средний пальцы через искусственные сухожилия.

Прямое управление ортезом через LSTM приводило к рывкам и пережиманию предметов. Тогда инженеры создали вложенную архитектуру: LSTM задает целевое состояние (открыть/закрыть), а другая нейросеть (dual DQN) непрерывно корректирует сервоугол, удерживая силу в заданных пределах. Агента обучили в симуляции за считанные эпизоды (всего 8), используя дискретизацию состояний и специальную функцию вознаграждения.

В эксперименте с хрупкими полыми яичными скорлупами пациент, не видя предмета, должен был сжать его, не раздавив. С включенным RL-агентом успешность составила 87% против 27% без него. Когда к этому добавили тактильную обратную связь через ICMS в S1 (три электрода, 100 мкА, 100 Гц), успешность «взлетела» до 100%.

Самое поразительное – это стойкое улучшение осязания на правом запястье, которого не удалось достичь одной tSCS. Исследователи разработали методику дополнительной стимуляции под названием кортикальное отзеркаливание (cortical mirroring), которая позволила добиться цели.

После нескольких сеансов такой парной стимуляции порог тактильной чувствительности на запястье снизился, пациент стал различать давление всего 10 граммов (против исходного отсутствия ощущений).

Важно, что улучшения сохранялись более двух месяцев после завершения всех стимуляций, и в последующем наблюдении (свыше 2 лет) они оставались стабильными. Сам Кит Томас, помимо выполнения повседневных дел, сообщил, что теперь может чесать и вытирать лицо, а также гладить свою собаку и чувствовать ее шерсть – то, что было немыслимо до эксперимента.

«Мы не просто обходим травму, – говорит профессор Баутон. – Мы фактически перестраиваем нервную систему, задействуя нейропластичность».

Текст: Алексей Паевский

A neuroprosthesis for restoring hand movement and sensation in a person with complete tetraplegia by Chandrasekaran, S., et al. Nat Med 32, 2591–2601 (2026).