Новая технология мозго-машинного интерфейса от Northwestern Medicine® доставляет сообщения от мозга напрямую к мышцам – в обход спинного мозга, — чтобы осуществить произвольное и сложное движение парализованной кисти. Устройство можно протестировать на парализованных пациентах, и возможно, помочь им.

“Мы перехватываем идущие от мозга естественные электрические сигналы, указывающие руке и кисти, как им двигаться, и посылаем эти сигналы напрямую к мышцам,” – говорит доктор философских наук Лее И.Миллер (Lee E. Miller, PhD), имеющий звание заслуженного профессора-преподавателя в области нейрохирургии (Edgar C. Stuntz Distinguished Professor in Neuroscience) и являющийся ведущим ученым исследования, которое было опубликовано в издании «Nature» («Природа»). “Эту связь от мозга до мышц можно будет использовать, чтобы помочь пациентам, парализованным из-за травмы спинного мозга, выполнять привычные ежедневные действия и достичь большей степени независимости.”

Исследование проводилось на обезьянах, чьи электрические сигналы, идущие от головного мозга и от мышц, записывались имплантированными электродами в тот время, когда они захватывали мяч, поднимали его и выталкивали его в маленькую трубку. Эти записи позволили исследователям выработать алгоритм или “декодер”, позволивший им обработать сигналы головного мозга и предсказать модели мышечной активности, следующей за возникновением у обезьян желания переместить мяч.

Эти эксперименты выполнялись Кристианом Этьером, научным сотрудником с докторской степенью, и Эмили Оби, студенткой-выпускницей в области нейробиологии/неврологии. Ученые вводили обезьянам местный анестетик, чтобы блокировать их нервную дейтельность в области локтя, что вызывало временный и безболезненный паралич кисти. С помощью специальных устройств в головном мозге и руке – которые вкупе назывались нейропротезом – сигналы из мозга обезьян использовались для контроля электрических микротоков, доставляемых к мышцам менее чем за 40 миллисекунд. Эти микротоки заставляли мышцы сокращаться, позволяя тем самым взять обезьянам мяч и выполнить задачу почти так же хорошо, как они делали это раньше.

“Обезьяны, конечно же, не смогут идеально использовать свою кисть, но есть процесс «научения» мотора, который, как мы считаем, очень похож на процесс, который вы осуществляете, когда учитесь пользоваться новой компьютерной мышью или новой теннисной ракеткой. Вещи отличаются от привычных вам, и вы учитесь приспосабливаться к ним,” — говорит Миллер, который, кроме всего прочего, является еще и профессором-преподавателем физиологии/ физиотерапии и реабилитации.

Так как ученые смогли вычислить взаимосвязь между активностью головного мозга и мышечной активностью, нейропротез стал способен ощущать и интерпретировать множество движений, которые обезьяна хочет совершить, теоретически позволяя ей выполнить ряд произвольных движений кисти.

“Это дает обезьяне произвольный контроль над своей кистью, который невозможен с нынешними клиническими протезами,” – говорит Миллер.

Протез Freehand (Свободные руки) – лишь один из нескольких протезов, доступных парализованным пациенткам с травмами позвоночника, кто намерен восстановить свою способность брать предметы. При условии, что эти пациенты способны шевелить плечами, возможен следующий алгоритм действий: поднятие плеч вверх стимулирует электроды, заставляя кисть сжиматься; опускание плеч вниз стимулирует мышцы к раскрытию кисти. Пациент также может выбрать, будут ли в силовом захвате участвовать все пальцы, охватывая, к примеру, стакан, или это будет точечный захват, при котором тонкий объект, например, ключ, захватывается только большим и указательным пальцами.

В новой системе, которую разработали Миллер и его команда, крошечный имплантант, так называемая мультиэлектродная матрица, выявляет активность около 100 нейронов в головном мозге и служит интерфейсом между головным мозгом и компьютером, который расшифровывает сигналы, формирующие движения кисти.

“Мы можем извлечь значительное количество информации из всего лишь 100 нейронов, даже если фактически в создание этого движения вовлечен целый миллион нейронов,” – говорит Миллер. “Одна из причин такой способности заключается в том, что это выходные нейроны, обычно посылающие сигналы к мышцам. Кроме этих нейронов существует еще и множество других нейронов, выполняющих подсчеты, необходимые головному мозгу для контроля движений. С учетом всех этих расчетов мы смотрим на конечный результат.”

Категория: Управление | Нет комментариев »

Комментарии