Небольшие магниты, вживлённые в мышцы, помогают человеку с протезом руки ощущать, как кисть раскрывается и сжимается. Об этом сообщает SciTechDaily. Такая способность связана со скрытым чувством, которое называют кинестезией: оно сообщает мозгу о движении мышц и конечностей, и после ампутации этот поток сенсорной информации нарушается.
Исследование провели специалисты Высшей школы Сант’Анна в Пизе совместно с клиникой Кливленда. Результаты опубликованы в журнале Science Advances. Учёные выяснили, что мозг воспринимает движения пальцев как согласованные схемы, а не как отдельные действия. Это открытие может помочь создать протезы, которые не только двигаются естественнее, но и возвращают ощущение движения.
Специалисты сравнили данные двух нейромашинных интерфейсов, предназначенных для восстановления такого чувства при протезировании верхних конечностей. Несмотря на разную конструкцию, оба устройства вызывали ощущение согласованного движения пальцев. Это указывает на то, что мозг объединяет сигналы мышц в так называемые синергии — схемы захвата.
Интерфейс MKkI, созданный в Сант’Анна, воздействует на мышцы через маленькие магниты, вживлённые в оставшуюся часть предплечья. Магниты вызывают вибрацию внутри мышц, не раздражая кожу напрямую. Систему подключили к роботизированной кисти Mia Hand, которую разработала компания Prensilia, отделившаяся от школы Сант’Анна. В испытании участвовал 34-летний житель Италии, который пользовался системой шесть недель: у него возникало ощущение, что рука раскрывается и сжимается, а пальцы двигаются вместе, близко к естественным движениям.
«Интерфейс уникален тем, что использует простое и минимально инвазивное устройство для стимуляции мышц без касания кожи. Такой подход может стать ключом к пониманию того, как работает человеческий моторный контроль, и к восстановлению ощущения движения после ампутации», — приводит SciTechDaily слова первого автора работы Федерико Мазьеро, постдокторанта Мюнхенского института робототехники и машинного интеллекта (MIRMI) при Мюнхенском техническом университете (TUM).
Ощущения итальянского участника оказались похожи на те, что испытывали пользователи системы кинестетической обратной связи из клиники Кливленда, где применяют хирургическое перенаправление нервов вместе с робототехникой. Обе системы избирательно вибрируют глубокие мышцы, вызывая чувство движения, и в обоих случаях люди ощущали согласованные действия пальцев, а часть сенсорной информации обрабатывалась без немедленного осознания. «Возможность сравнить независимо полученные данные двух очень разных интерфейсов делает эти выводы особенно убедительными», — сказал профессор Пол Мараско, координировавший работу в клинике Кливленда. По его словам, это даёт более прочную основу для разработки терапий и устройств, которые взаимодействуют с нервной системой естественнее, с конечной целью улучшить результаты для пациентов.
Следующая задача — использовать вживлённые магниты одновременно для управления протезом и для ощущений. Команда планирует отслеживать положение магнитов, чтобы управлять кистью, и в то же время подавать вибрацию на те же магниты для обратной связи о движении. В перспективе учёные хотят создать постоянный имплант, который можно будет изучать дольше шести недель и на большем числе участников. «Наше решение было реализовано как предварительный демонстратор: имплант был рассчитан на шесть недель, и этого срока мы посчитали достаточным для первой проверки полезности и эффективности интерфейса. Результаты оказались очень многообещающими и побудили нас заняться постоянным имплантируемым решением», — сказал профессор Кристиан Чиприани, создатель интерфейса и руководитель исследования.