Инвалиды с ампутированными конечностями получили шанс пользоваться бионическими протезами, позволяющими чувствовать

Девять лет спустя после аварии, приведшей к потере левой руки, Деннис Аабо Соренсен из Дании стал первым в мире инвалидом с ампутированной конечностью, обладающим протезом руки, который работает по технологии сенсорной обратной связи. Сильвестро Мичера и его команда биоинженеров из Федеральной политехнической школы в Лозанне (EPFL) в Швейцарии и Школы перспективных исследований имени Святой Анны в Италии (Scuola Superiore Sant’Anna) разработали новый революционный бионический протез, которвй позволил Соренсену снова ощутить свою руку. Прототип этой бионической технологии был протестирован в феврале 2013 года во время клинических испытаний в Риме под руководством Паоло Мария Россини в университете Джемелли (Италия). Исследование, опубликованное 5 февраля 2014 в издании Science Translational Medicine представляет собой результат сотрудничества между несколькими европейскими университетами и клиниками.

“Сенсорная обратная связь работала просто невероятно. Я обрёл те чувства, которых был лишён целых девять лет. В ходе испытания мне надели повязку для глаз и вставили затычки для ушей, чтобы проверить именно осязание — и я по-настоящему чувствовал протезом квадратный предмет или круглый, его жёсткость или мягкость. С захватом также не было никаких проблем”, — делится впечатлениями Соренсен.

 От электрического сигнала к нервным импульсам.

Доктор Мичера с соавторами оснастили протез особыми датчиками, которые распознают различного рода информацию о контакте конечности с предметом. Сенсоры измеряют напряжённость в искусственных сухожилиях, контролирующих движения пальцами, и конвертируют напряжение в электрический ток. Но этот генерируемый импульс был слишком чувствительным для человеческой нервной системы. Поэтому им понадобилось разработать особую компьютерную программу, которая вывела формулу трансформации изначального импульса в такой заряд, который был бы положительно воспринят настоящими нервами. Правдоподобной имитации осязания удалось достичь после отправки переработанного цифрового сигнала по проводам к четырём электродам, которые были хирургически имплантированы в нервные окончания, сохранившиеся в культе руки больного.

Это первый случай в истории нейропротезирования, когда протез возвращает пациенту с ампутированной конечностью не только контроль движений, но и реальное чувство осязания.

“Сначала мы боялись, что чувствительность Соренсена снизится, так как он не пользовался своими нервами более девяти лет, но испытания протеза прошли более чем успешно”, — делится  один из авторов работы Станиса Распопович.

Подключение электродов к нервам.

26 января 2013 года Соренсен был прооперирован в Риме в клинике Джемелли. Специализированная группа хирургов и неврологов во главе с Паоло Мария Россини имплантировали так называемые трансневральные электроды в локтевой и срединный нервы левой руки пациента. После 19 дней предварительных испытаний доктор Мичера с соавторами подключала их к электродам протеза Соренсена каждый день в течение недели. Ультратонкие, сверхточные электроды, разработанные исследовательской группой Томаса Штиглица из Фрайбургского университета (Германия), позволили передать чрезвычайно слабые электрические сигналы непосредственно в нервную систему. Огромное количество предварительных исследований было сделано для того, чтобы электроды продолжали работать даже после образования послеоперационной рубцовой ткани. Это также первый случай, когда такие электроды имплантировали поперечно в периферическую нервную систему  инвалида.

 Первый бионический сенсорный  протез

Эти клинические испытания обеспечивают первый шаг к созданию бионических протезов, хотя сенсорно-усиленный протез ещё далек от свободного распространения в продаже и еще дальше от «бионической руки» из научно-фантастических фильмов. Следующий шаг состоит в миниатюризации сенсорной электроники для обратной связи от портативных протезов. Кроме того, ученые будут точно настраивать сенсорные электроды для лучшего разрешения чувства осязания и повышения осведомленности об угловом перемещении пальцев. Электроды были удалены из руки Соренсена через месяц испытаний в связи с ограничениями правил по безопасности клинических испытаний. Но ученые не теряют оптимизма и уверены, что они могут быть имплантированы без ущерба для нервной системы в течение многих лет.

Сила воли.

Сила воли и оптимистический настрой Соренсена были мощной мотивацией для клинического исследования.

“Я был более чем счастлив добровольно участвовать в клиническом испытании и этим помочь не только себе, но и другим людям с ампутированными конечностями”.

Соренсен потерял левую руку, когда устраивал фейерверк во время семейного праздника. Он был доставлен в больницу, где его руку ампутировали. С тех пор он пользовался коммерческим протезом, который улавливал движения мышц в его культе, позволяя ему открывать и закрывать кисть, и тем самым удерживать предметы.

“Он работает как тормоз на мотоцикле”, – объясняет Соренсен функцию традиционного протеза. “Когда вы сжимаете тормоза, кисть сжимается. Когда вы отдыхаете, кисть открывается”.

Ему приходилось следить за протезом, чтобы не уронить или не сжимать предметы слишком сильно, не ломать их.

Соренсен вспоминает, как сразу после ампутации  доктор сказал ему:

“Есть два пути, и вы можете выбрать один из них. Вы можете сидеть в углу и жалеть себя. Или, вы можете радоваться и быть благодарным за то, что у вас есть. Я верю, что вы выберете вторую точку зрения”.

“Он был прав”, – говорит Соренсен.

 Подробнее в научной статье: 

Raspopovic S. et al. Restoring natural sensory feedback in real-time bidirectional hand prostheses //Science translational medicine. – 2014. – Т. 6. – №. 222. – С. 222ra19-222ra19.

©Medical Insider