Сенсорная технология увеличила количество движений, которые можно выполнить протезом руки

Специалисты Имперского колледжа в Лондоне, работающие под руководством доктора Дарио Фарина (Dario Farina), разработали сенсорную технологию для роботизированного протеза руки, которая фиксирует сигналы от нервов в спинном мозге. Пациент сможет управлять такой рукой с помощью силы мысли. По мнению учёных, новый способ более эффективен по сравнению с другими существующими сегодня и даёт больше возможностей для управления искусственными руками.

Протезы рук, которые сегодня представлены на рынке, обычно контролируются за счёт сокращения мышц в тех частях рук, которые остались у пациента неповреждёнными. Но, как правило, человек может совершать лишь ограниченное количество движений, если его мышцы повреждены слишком сильно. Например, всего одно или два хватательных движения.

сенсорная технология увеличила количество движений, которые можно выполнить протезом руки
На снимке представлена сенсорная система и роботизированный протез, управляемый пациентом – участником исследования.

По этой причине (из-за ограниченного числа движений) до 50 процентов всех пациентов, которым пришлось ампутировать руку, отказываются от протезов.

Ситуацию может исправить новая разработка. Исследователи создали технологию протеза, в котором используются сигналы, идущие от спинного мозга к неповреждённым частям мышц – в грудной клетке или бицепсу. Благодаря такой технологии пациенты получили возможность выполнять гораздо больше действий, чем с любым другим протезом руки. Например, люди начинают сгибать и разгибать руку, вращать запястье и двигать рукой вверх и вниз.

Учёные отмечают, что для контроля новым протезом человеку необходимо думать, как он управляет иллюзорной рукой (иными словами, воображать действия, которые хочет совершить).

Пациент будет представлять желаемое действие (скажем, сжать два пальца вместе), а сигнал будет проходить по нервам от спинного мозга к мышцам. Затем новая сенсорная технология при помощи электронных датчиков, расположенных на поверхности кожи, «переведёт» сигналы, посылаемые от спинальных моторных нейронов, и использует их в качестве команд. То есть датчики считают эти сигналы, что позволит контролировать роботизированную руку.

В конечном счёте специалисты надеются, что в роботизированном протезе будет запрограммировано большое количество команд, которые позволят совершать множество дополнительных действий, недоступных пациентам сегодня.

«При ампутации руки также страдают нервные волокна и мышцы. В связи с этим довольно трудно получить от них полноценные сигналы для управления протезом. Мы попробовали применить новый подход – переместить фокус с мышц на нервную систему», — рассказывает доктор Фарина.

«Наша технология может более чётко фиксировать и расшифровывать сигналы, открывая больше возможностей для использования роботизированных протезов», — поясняет исследователь.

Последние могут быть более интуитивно понятны пациентам и более эффективны в использовании, считает Фарина.

Кроме того, есть и другое важное преимущество нового подхода. Например, альтернативные версии используют мозговые имплантаты (ранее мы также писал о них), которые необходимо внедрять в организм человека для управления протезом. Считывание же сигналов, идущих от спинного мозга, позволяет совмещать систему с существующими протезами рук без применения каких–либо проводов, встроенных в организм.

Исследователи провели лабораторные исследования протеза с участием шести пациентов, у которых были ампутированы руки (либо чуть выше локтя, либо чуть ниже плеча). После физиотерапевтической тренировки испытуемые смогли выполнить большое количество движений, чем это было возможно с традиционными роботизированными протезами, управляемыми мышцами. Специалисты пришли к такому выводу, сравнив свои данные с информацией, полученной в ходе предыдущего исследования «мышцеуправляемых» роботизированных протезов.

Разработчики надеются, что новый протез будет представлен на рынке в течение ближайших трёх лет. Также они планируют его последующую модернизацию.

Исследование и описание разработки опубликовано в научном издании Nature Biomedical Engineering.

Ссылка на источник