В январе 2013 в Швеции впервые получили протез руки с прямым подключением к кости, нервам и мышцам. Статья об этом достижении будет опубликована в журнале Science Translational Medicine.
«Мы использовали остеоинтеграцию для создания долгосрочного стабильного взаимодействия между человеком и машиной. Искусственная рука напрямую подключена к скелету, обеспечивая тем самым механическую стабильность. Управление действиями человека сопряжено с системой управления аппаратом через нервно-мышечные электроды. Это создает союз между телом и машиной; между биологией и мехатроникой», – утверждают ученые.
Роботизированные протезы тоже могут быть широко использованы, но такая система управления делает их ненадежными и ограничивает их функциональность, и пациенты часто отвергают их.
В данном исследовании рука пациента была ампутирована более десяти лет назад. Перед операцией его протез управлялся с помощью электродов, размещенных на коже. Теперь у пациента была система управления, которая непосредственно связана с ним. Он работает водителем грузовика на севере Швеции, и после операции он стал справляться со всеми ситуациями самостоятельно.
Пациент является одним из первых в мире, который может ощущать с помощью протеза. Поскольку имплантат представляет собой двунаправленный интерфейс, он может быть использован, чтобы посылать сигналы в противоположном направлении – от протеза к мозгу. Следующий шаг исследователей – клинически реализовывать свои выводы на сенсорной обратной связи.
«Надежная связь между протезом и телом была недостающим звеном для клинической реализации нейронного контроля и сенсорной обратной связи», – утверждает Max Ortiz Catalan (Макс Ортис Каталан). «Мы показали, что пациент имеет способность чувствовать прикосновения».
Новая технология основана на лечении Opra (остеоинтегрированные протезы для восстановления ампутированных конечностей), где титановый имплантат хирургическим путем вставляется в кость, фиксируется на нем с помощью процесса, известного как остеоинтеграция (Остео = кости). Электроды имплантируются в нервы и мышцы как система интерфейсов биологического контроля. Эти электроды передают сигналы через остеоинтегрированные имплантаты к протезам, где сигнал расшифровывается и производит движение.
Преимущества новой технологии:
Увеличение объема движений, пациент может двигать оставшимися суставами свободно;
Протез легко присоединяется и отсоединяется;
Повышение сенсорной обратной связи за счет прямой передачи сил и вибраций в кости (osseoperception);
Протез можно носить весь день, каждый день;
Не требуется никаких корректировок;
Имплантация электродов в нервы и мышцы означает, что:
Благодаря тесной связи, пациенты могут управлять протезом с меньшими усилиями и точнее;
Пациент может двигать рукой в любом положении и при этом сохранять контроль над протезом;
Другие сигналы могут быть получены от мышц и нервов, чтобы движения были интуитивными;
Поскольку электроды имплантированы на коже, это не влияет на условия окружающей среды (холода и тепла), которые изменяют состояние кожи или движений;
Электроды в нервах могут посылать сигналы в мозг, как ощущений, поступающих от протезов.
ПОДРОБНЕЕ В НАУЧНОЙ СТАТЬЕ:
Ortiz-Catalan, Max; Hakansson, Bo; Branemark, Rickard (2014) An osseointegrated human-machine gateway for long-term sensory feedback and motor control of artificial limbs // Science Translational Medicine – vol. 6 (257) – p. 257re6
