Электрическая стимуляция всех групп мышц активно используется в спорте для подготовки к тренировкам и перед участием в соревнованиях. Однако не существует методов, которые позволили бы пациентам восстановить утраченные функции верхних конечностей.
Ученые из университета Питтсбурга задумались над этой задачей, и решили использовать электрический ток для воздействия на участки верхнего отдела спинного мозга, сохранившиеся после тяжелых травм. Исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, показывает, что такая стимуляция позволила обезьянам с ограниченной функцией рук частично восстановить утраченные движения.
Выполнение даже самого простого движения руки требует от нервной системы контроля за несколькими сотнями мышц, замена этого нейронного контроля прямой электрической активацией мышц за пределами лаборатории очень сложна. Ученые из Университета Питтсбурга упростили технологию с помощью системы, которая использует оставшиеся нейроны для восстановления связи между мозгом и руками с помощью специальных импульсов, что в перспективе сможет помочь человеку с параличом улучшить подвижность рук.
Восстановление подвижности рук имеет важное значение именно у человека. Широкий диапазон движений и ловкость помогают человеку выполнять огромное количество операций. Однако из-за столь широкого спектра выполняемых функций восстановление становится и чрезвычайно трудным.
Ученым необходимо было разработать систему, которая могла бы активировать здоровые нервные тракты спинного мозга для управления мышцами руки с помощью специальных стимулов.
Исследователи тестировали технологию на макаках с частичным параличом рук, их обучали дотягиваться, хватать и нажимать на рычаг, чтобы получить лакомство. Обезьянам был вживлен мозговой имплантат для обнаружения активности в областях, отвечающих за произвольные движения. Кроме того, в спинной мозг эпидурально был имплантирован набор электродов, которые были подключены к внешнему стимулятору размером с ластик для карандаша, активирующиеся при обнаружении намерения животного пошевелить рукой.
Технология, предложенная авторами, была проверена с помощью комбинации вычислительных алгоритмов и медицинской визуализации. По результатам анализа стало понятно, что стимуляции недостаточно для полного восстановления утраченных функции, однако она значительно улучшает силу, точность и диапазон движений, что может оказаться критически важно для человека с параличом. Важно отметить, что животные продолжали совершенствоваться по мере адаптации к стимуляции.
В Университете Питтсбурга сейчас набираются добровольцы в клиническое исследование, в котором изучается возможность стимуляции спинного мозга для улучшения контроля рук у пациентов, перенесших инсульт.
Текст: Анна Завитаева