Российские ученые разрабатывают нейропротез с очувствлением

Компания «Моторика», Дальневосточный федеральный университет и Сколковский институт науки и технологий завершили четвертый этап исследований по очувствлению протезов и купированию фантомных болей. В разработке протезов применяются аддитивные технологии, обратная связь за счет электромиографического интерфейса и технологии отслеживания положения глаз.

Цель этапа — проверить протез с новой системой очувствления. Отличие этого прототипа от предыдущих в том, что новая киберрука двигается свободно, без фиксации. Пилоты-испытатели брали и перемещали хрупкие предметы. Исследования ведутся с 2021 года, одно из ключевых достижений — разработка прототипа серийной модели протеза с сенсорной обратной связью, сообщают пресс-службы компании «Моторика» и Сколтеха.

«Управление бионическим протезом все еще существенно отличается от использования естественной руки. Мы работаем над тем, чтобы сделать киберпротезы с очувствлением. В 2024 году планируется открытие Центра кибернетической медицины и нейропротезирования, где одной из главных задач будет создание и применение новых типов протезов с обратной связью», — рассказал генеральный директор «Моторики» Андрей Давидюк.

«Мы вживили электрод в периферический нерв и спинной мозг и провели ряд исследований, чтобы создать протез, идеально соответствующий индивидуальным параметрам пациента», — рассказал нейрохирург Медицинского комплекса ДВФУ Артур Биктимиров.

По словам хирурга, в России только в ДВФУ проводятся операции по очувствлению протезов и купированию фантомных болей. Работа ведется в рамках программы «Приоритет-2030».

«Новый пациент потерял кисть в результате взрыва и испытывал сильные боли. Нам удалось снизить их на 70-80% с помощью электростимуляции, даже без протеза. С протезом мы полностью избавили пациента от фантомных болей. Этот этап очень значим для нас, так как мы рассчитываем на долгосрочный результат. Специалисты продолжат отслеживать и корректировать лечение, когда электрод полностью приживется к нерву. Если предыдущие этапы были направлены на мгновенный результат, то сейчас мы хотим оценить, как будут меняться показатели с течением времени. Для этого нужно делать акцент на послеоперационном состоянии», — пояснил Артур Биктимиров.

«Мы тщательно проработали протокол исследований, чтобы с уверенностью сказать, что эффект стимуляции сохраняется в течение длительного периода после стабилизации на нерве и будет таким же эффективным, как и на первоначальном этапе. Мы подтвердили наши гипотезы, однако для продолжения исследования нам все еще необходима большая выборка пациентов. Сейчас мы ищем пациентов с травмой верхней конечности и фантомными болями», — рассказал руководитель департамента нейротехнологий «Моторики» Юрий Матвиенко.

В отличие от предыдущих этапов, на этот раз исследование проводилось в два раунда с расширенным периодом реабилитации после вживления электродов. Второй раунд, который прошел спустя несколько месяцев после операции, позволил специалистам проверить протокол реабилитации пациентов. Также получены ценные сведения о снижении подвижности электродов в ткани с течением времени, так как электроды не сразу приживаются и принимают неподвижное положение.

В ходе исследования также регулярно измерялась скорость выполнения заданий пациентом. К последнему измерению испытуемому удалось выполнить задания быстрее более чем в полтора раза.

«На этом этапе мы впервые в полной мере реализовали систему двунаправленного нейропротеза. Этот протез управляется через электромиографический интерфейс и позволяет получать сенсорную обратную связь в виде электростимуляции, которая вызывает ощущения в утраченной конечности. Пациент выполнял задания по перемещению объектов при помощи протеза руки в движении. Он ощущал их кончиками пальцев. Пациент смог даже перенести стакан, полный хрупких шариков, и не рассыпать их. Кроме того, одному пациенту удалось почувствовать пятку протеза при помощи умной стельки», — рассказал аспирант Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана в Сколтехе и научный координатор проекта Гурген Согоян.

Еще одно новшество четвертого этапа — использование айтрекинга — технологии отслеживания положения глаз. При помощи алгоритмов искусственного интеллекта и системы слежения за взглядом пациентов измерялись разные показатели — фиксация пациентом на своем протезе, на перемещаемом предмете и на других объектах среды. Такая система позволяет определять увеличение когнитивной нагрузки пациента при выполнении заданий при помощи протеза. Результаты четвертого этапа показали, что благодаря увеличению естественной чувствительности в протезе паттерн наблюдения за протезом у пациента поменялся — зрительная фиксация на протезе снизилась. Успешность схватов протеза стала оцениваться больше за счет ощущений, а не зрения.

Также исследована корреляция между активностью мозга и интенсивностью тактильных ощущений. Исследователи учатся извлекать в режиме реального времени данные об ощущениях человека из электроэнцефалограмм. Подобные эксперименты проводились на животных около двадцати лет назад под руководством нейробиолога Михаила Лебедева, научного лидера и вдохновителя проекта. Теперь же аналогичные результаты, полученные в исследованиях на людях, представляют собой значительный шаг в развитии науки.

Ученые продолжают инвазивные исследования по очувствлению протезов и купированию фантомных болей. Команда ищет добровольцев с ампутациями и фантомными болями для участия в исследованиях.

Компания «Моторика» разрабатывает и производит функциональные протезы рук для взрослых и детей от двух лет, а также создает человеко-машинные интерфейсы и экосистему реабилитации. В 2024 году компания планирует выпустить протезы ног и нейростимуляторы для симптоматического лечения нейродегенеративных заболеваний и купирования болей. С 2016 года компания изготовила более восьми тысяч протезов для пользователей из семнадцати стран, включая Россию и страны СНГ, Францию, Индию, страны Ближнего Востока, Северной Африки и Юго-Восточной Азии.

В производстве протезов применяются технологии 3D-печати, графеновый силикон для сенсорных экранов, интернет вещей, управление искусственным интеллектом, а над оформлением протезов работает дизайн-студия. Для реабилитации используются VR-тренажер и обучающая онлайн-платформа.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.