Пациент с протезом руки без подготовки различил предметы на ощупь

 

Ученые из Сколтеха, компании «Моторика» и Дальневосточного федерального университета впервые сравнили ощущения в фантомной конечности при стимуляции спинного мозга и периферического нерва у одних и тех же пациентов. Получая обратную связь от протезов руки в виде электростимуляции, пациенты смогли различить на ощупь предметы разных размеров и твердости. Компания «Моторика» — крупнейший российский производитель роботизированных протезов, в том числе с применением 3D-печати. В производстве применяется технология селективного лазерного спекания полимерных порошков (SLS).

Исследование продолжалось месяц, за это время ученые рассмотрели динамику обучения и привыкания к стимуляции у пациентов, сообщает пресс-служба Сколтеха. Анализу подвергались не только отчеты о субъективных ощущениях, но и отклик мозга на электроэнцефалограммах.

Научная группа работала с двумя пациентами с ампутациями на уровне плеча — между локтевыми и плечевыми суставами. Пациентам имплантировали электроды вблизи спинного мозга и в периферические нервы руки. Электроды отвечают за разные типы стимуляции, восприятие которых сравнивалось в исследовании.

Ученые провели спинальное и периферическое картирование на одних и тех же пациентах. Каждому пациенту подавалась в разное время одна или другая стимуляция, либо обе сразу, при этом параметры воздействия варьировались, а пациенты описывали свои субъективные ощущения и как они меняются. Оказалось, что периферическая стимуляция — то есть та, что использует электрод в плече — вызывает более точечные ощущения, которые в большей степени напоминают естественную обратную связь от здоровой конечности.

Другой уникальный момент исследования: в процессе картирования записывались не только отчеты испытуемых о субъективных ощущениях, но и электроэнцефалограммы, то есть ученые зафиксировали и рассмотрели еще и объективный ответ организма на воздействие с точки зрения активности мозга. Анализ показал, что при периферической стимуляции активность мозга сильнее латерализована, то есть по-разному выражена в правом и левом полушарии. Эта особенность согласуется с субъективными впечатлениями, что интуитивно ясно из принципа: движению правой руки соответствует активность в левом полушарии, и наоборот.

«Кроме того, электроэнцефалограмма показала, что при периферической стимуляции сигнал в мозге сильнее утихает со временем. Мы объясняем это тем, что к такой стимуляции нервная система адаптируется быстрее. В случае спинальной стимуляции подобного эффекта не наблюдается, то есть привыкание к стимулу не наступает. Привыкание означает адаптацию, что косвенно говорит о том, что соответствующий стимул воспринимается мозгом как более естественный. Кстати, у одного из испытуемых день ото дня при картировании ощущения становились все более естественными. Такая возможность положительной динамики вселяет оптимизм касательно перспектив широкого внедрения нейропротезов с обратной связью и одновременно подчеркивает необходимость многодневных исследований вроде нашего, которые лучше имитируют жизнь пациента с протезом», — рассказал научный сотрудник Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Гурген Согоян.

Эксперименты проходили в несколько этапов. Исследователи разработали нейропротез с обратной связью, вызывающей тактильные ощущения. Пациентам предлагалось с закрытыми глазами подержать протезом цилиндры трех размеров, и один из участников эксперимента смог с ходу, без обучения различать предметы со статистически значимым результатом, то есть не наугад, на основании периферической стимуляции. Второй пациент на этом этапе не справился с заданием.

Затем обоих участников обучили, и они справились с заданием, а процент ошибок снизился. После перерыва на несколько дней выяснилось, что процент ошибок снизился еще сильнее. То есть мозг лучше усвоил изученное без какого бы то ни было дополнительного обучения. Один из пациентов даже смог различать предметы, используя спинальную стимуляцию. Исследователи предполагают, что последнее может объясняться переносом изученного навыка с одного вида стимуляции на другой.

В другом эксперименте пациенты различали жесткие и мягкие цилиндрические предметы. Один из пациентов снова справился с заданием без предварительного обучения, с обучением— оба. В этом эксперименте использовалась мультимодальная стимуляция, то есть периферическая и поверхностная (третий вид воздействия) стимуляция имитировали тактильность и проприоцепцию — ощущение относительного положения в пространстве частей тела.

«На предыдущих этапах специалисты с помощью электростимуляции периферических нервов пациентов зафиксировали возможность различать через протез руки твердый ли предмет или мягкий, а также его размер. Команда добилась стабильных ощущений в искусственных конечностях при электростимуляции и уменьшила фантомные боли на девяносто процентов через стимуляцию спинного мозга и периферической нервной системы. Мы сделали прорывной шаг вперед: речь идет не только о большей управляемости протезом, но и о передаче ощущений от устройства к пользователю», — рассказал руководитель департамента нейротехнологий компании «Моторика» Юрий Матвиенко.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Frontiers in Neuroscience.

Осенью прошлого года компания «Моторика» презентовала обновленную линейку протезов рук, новую линейку протезов ног и систему управления с помощью искусственного интеллекта, а также рассказала о перспективах кибернетического подхода в управлении и очувствлении протезов. 

Источник: https://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/pacient-s-protezom-ruki-bez-podgotovki-razlicil-predmety-na-oshhup