Як мазгавыя імплантаты могуць дапамагчы паралізаваным людзям

Нават такое простае рух, як узняцце кубкі з гарбатай, патрабуе ад вашага цела вельмі шмат дзеянняў. Мышцы рукі павінны працаваць, каб перамясціць яе да кубку. Мышцы вашай далоні павінны раскрыцца, каб вы змаглі абхапіць кубак, а затым стуліць пальцы вакол, каб яе ўтрымаць. Затым мышцы пляча павінны ўтрымліваць руку, каб яна не завагалася з-за дадатковага вагі кубкі. Усе гэтыя мышцы павінны працаваць дакладна і скаардынавана, у той час як вы думаеце, што проста заварылі сабе гарбату.

Як прымусіць працаваць паралізаваныя мышцы?

Менавіта таму прымусіць паралізаваную канечнасць рухацца зноў так цяжка. Большасць паралізаваным цягліц ўсё яшчэ могуць працаваць, але іх сувязь з мозгам была страчана, таму яны не атрымліваюць інструкцый да дзеяння. На жаль, лекары яшчэ не навучыліся аднаўляць пашкоджанні спіннога мозгу, аднак ёсць рашэнне. Мы можам абыйсці яго і даваць інструкцыі цягліцам штучна. Дзякуючы развіццю тэхналогій для чытання і інтэрпрэтацыі актыўнасці мозгу, гэтыя інструкцыі аднойчы змогуць прыходзіць наўпрост з галавы пацыента.

Мы можам прымусіць паралізаваныя мышцы працаваць, стымулюючы іх электродамі, размешчанымі ўнутры іх ці ж вакол нерваў, якія іх забяспечваюць. Гэтая тэхналогія вядомая пад назвай "функцыянальная электрычная стымуляцыя". Яе можна выкарыстоўваць не толькі для таго, каб дапамагчы паралізаваным людзям рухацца, але таксама для аднаўлення функцый мачавой бурбалкі, для стымуляцыі эфектыўнага кашлю, а таксама для палягчэння болю. Дадзеная тэхналогія можа мець вялікае значэнне для жыцця людзей з пашкоджаннем спіннога мозгу.

даследаванне навукоўцаў

Дзімітра Блана і яе калегі працуюць над тым, як спалучаць гэтую тэхналогію са складаным наборам інструкцый, неабходных для працы адной рукі. Калі вы хочаце падняць кубак з гарбатай, якія цягліцы трэба стымуляваць, калі і колькі? Гэтыя інструкцыі з'яўляюцца вельмі складанымі, і не толькі з-за вялікай колькасці цягліц, якія тут удзельнічаюць. Па меры таго, як вы будзеце піць чай, гэтыя інструкцыі памяняюцца, паколькі вага кубкі будзе змяншацца. Для таго каб зрабіць нешта іншае, да прыкладу, пачасаць нос, інструкцыі будуць зусім іншымі.

Замест таго каб проста адчуваць розныя інструкцыі на паралізаваным цягліцах у надзеі знайсці тыя, якія будуць працаваць, навукоўцы выкарыстоўваюць кампутарныя мадэлі апорна-рухальнага апарата для іх вылічэнні. Гэтыя мадэлі ўяўляюць сабой матэматычныя апісання таго, як мышцы, косці і суставы дзейнічаюць падчас рухаў. Пры мадэляванні ёсць магчымасць зрабіць мышцы мацней ці слабей, паралізаванымі або стымуляваць звонку. Таму можна хутка і бяспечна пратэставаць розныя мадэлі імпульсаў, каб даведацца, якія з іх больш паспяховыя.

мадэляванне цягліц

Для тэставання тэхналогіі навукоўцы імплантавалі па 24 электрода ў мышцы і нервы удзельнікаў даследавання. Яны выкарыстоўвалі мадэляванне, каб вырашыць, дзе размясціць электроды, паколькі паралізаваным цягліц больш, чым электродаў ў сучасных сістэмах функцыянальнай электрычнай стымуляцыі.

Калі б у вас быў выбар, то якія мышцы лепш стымуляваць: подлопаточной або надкостные? Калі ж трэба стымуляваць падпахавай нерв, то дзе трэба размясціць электрод? Каб адказаць на гэтыя складаныя пытанні, навукоўцы выкарыстоўвалі мадэляванне з рознымі наборамі электродаў, і выбралі той, які дазваляў кампутарнай мадэлі здзяйсняць найбольш эфектыўныя руху.

У цяперашні час каманда працуе над плячом, якое стабілізуецца групай цягліц, названай верціцца абшэўкай. Калі інструкцыі, якія вы атрымліваеце да яе, няправільныя, рука можа выскачыць з пляча. Менавіта таму кампутарныя мадэлі незаменныя ў гэтым даследаванні. Ставіць такія эксперыменты на удзельніках ніхто б не наважыўся.

новыя задачы

Ведаць, як актывізаваць паралізаваныя мышцы, каб вырабляць карысныя руху, - гэта толькі палова праблемы. Навукоўцы таксама павінны вырашыць, у якое менавіта час актываваць мышцы, да прыкладу, калі карыстальнік хоча падабраць нейкі аб'ект. Адзін з магчымых варыянтаў - гэта перадача гэтай інфармацыі непасрэдна з мозгу. У апошні час даследчыкі з ЗША выкарысталі імплантат для праслухоўвання асобных клетак у мозгу паралізаванага чалавека. Паколькі розныя руху звязаныя з рознымі формамі актыўнасці мозгу, удзельнік мог выбраць адно з шасці загадзя запраграмаваных рухаў, якія затым былі згенераваныя шляхам стымуляцыі цягліц рукі.

чытанне мозгу

Хоць гэта і захапляльны крок наперад у галіне нейронавага пратэзавання, многія праблемы застаюцца нявырашанымі. У ідэале імплантаты мозгу павінны працаваць на працягу многіх дзесяцігоддзяў. Але ў цяперашні час цяжка запісаць нават тыя сігналы, якія спатрэбяцца на працягу некалькіх тыдняў, так што гэтыя сістэмы павінны рэгулярна калибрировать. Выкарыстанне новых канструкцый імплантатаў або розных сігналаў мозгу можа палепшыць доўгатэрміновую стабільнасць.

Акрамя таго, імплантаты слухаюць толькі невялікую частку з мільёнаў клетак, якія кантралююць нашы канечнасці, таму дыяпазон рухаў можа быць даволі абмежаваным. Тым не менш, кантроль мозгам робатызаваных канечнасцяў з некаторай ступенню свабоды ўсё ж быў дасягнуты, і магчымасці гэтай тэхналогіі хутка развіваюцца.

будучыню тэхналогіі

І, нарэшце, плыўныя, без усялякіх намаганняў руху, якія мы ўспрымаем як нешта само сабой разумеецца, кіруюцца багатай сэнсарнай сістэмай зваротнай сувязі, якая паведамляе мозгу, дзе знаходзяцца нашы рукі, і калі нашы пальцы датыкаюцца да аб'ектаў. Гэтыя сігналы могуць быць страчанымі пасля траўмаў, таму даследнікі працуюць таксама над мазгавымі імплантатамі, якія змогуць аднавіць адчуванні, а таксама руху.

Некаторыя навукоўцы мяркуюць, што тэхналогія чытання мозгу можа дапамагчы працаздольным людзям больш эфектыўна ўзаемадзейнічаць з кампутарамі, мабільнымі тэлефонамі і нават непасрэдна з мозгам іншых людзей. Тым не менш зараз гэта застаецца ў галіне навуковай фантастыкі, тады як кантроль мозгу для медыцынскага прымянення хутка становіцца клінічнай рэальнасцю.