В Италии протестировали бионический протез для полноценного осязания

Деннис Аабо Соренсен испытывает новый протез с завязанными глазами

(фото LifeHand 2/Patrizia Tocci).

С новым протезом пациент смог определить форму и степень жёсткости осязаемого предмета

(фото LifeHand 2/Patrizia Tocci).

В 2009 году команда биоинженеров из Федеральной политехнической школы в Лозанне (EPFL) и Школы перспективных исследований имени Святой Анны в Италии (Scuola Superiore Sant'Anna) разработали новый бионический протез, работающий по технологии сенсорной обратной связи.

Согласно задумке, хирургическим путём электроды в искусственной конечности подключаются к нервам пациента, после чего человек обретает контроль над протезом. Потерявший руку пациент не только сможет управлять бионическим устройством, сжимая пальцы и вращая кистью, но и самостоятельно чувствовать прикосновения через искусственно восстановленное чувство осязания.

Деннис Аабо Соренсен испытывает новый протез с завязанными глазами
(фото LifeHand 2/Patrizia Tocci).

После первичных тестов протеза, о которых мы сообщали в феврале 2013 года, ведущий разработчик Сильвестро Мичера (Silvestro Micera) вместе со своими коллегами приступил к испытанию прототипа на пациенте-добровольце.

Девять лет назад датчанин Деннис Аабо Соренсен (Dennis Aabo Sørensen) из-за несчастного случая потерял левую руку, и остатки конечности пришлось ампутировать. С тех пор пациент носил обычный коммерческий протез, который казался ему очень неудобным, и потому на клиническое испытание бионической руки Мичеры он сразу дал своё согласие.

"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 форму предмета, его жёсткость или мягкость. С захватом также не было никаких проблем", — делится впечатлениями Соренсен.

 

Для достижения такого эффекта биоинженерам пришлось добавить несколько существенных модификаций в первоначальный прототип протеза. К примеру, его оснастили 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.

Разработчики заметили, что генерируемый импульс грубоват 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.

С новым протезом пациент смог определить форму и степень жёсткости осязаемого предмета
(фото LifeHand 2/Patrizia Tocci).

Так называемые транснейронные электроды имплантировали хирургическим путём в локтевой и срединный пучки нервов (они контролируют движения пальцев) в плече Соренсена. Именно благодаря их высокой чувствительности биоинженеры смогли снизить мощность электрического импульса до минимума, тем самым приблизив его к реальным биологическим процессам в теле человека. Фактически в ходе прикосновения идёт стимуляция отдельных волокон в нервных пучках, что приводит к более тонким ощущениям от осязаемого предмета.

"Это первый случай в истории медицины, когда протез возвращает пациенту с ампутированной конечностью не только контроль, 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", — рассказывает Мичера.

В своей статье, опубликованной в журнале Science Translational Medicine, биоинженеры отмечают, что технология сенсорной обратной связи имеет огромный потенциал. Её можно использовать при небольших модификациях для возвращения практически любого чувства — к примеру, слуха. Мичера и его коллеги уже работают над расширением технологии, а коммерциализация нового бионического протеза начнётся в ближайшие годы.

Также по теме:
Новый бионический протез вернёт пациентам чувство осязания
Сохранённые нервы позволили человеку управлять протезом ноги силой мысли
Британец обзавелся протезом руки, послушным мысли
Американцы испытали роборуку, повинующуюся мыслям парализованного человека
Новый электронный сенсор способен соперничать по чувствительности с человеческой кожей