Разработана первая система бионического коленного сустава, нейронно интегрированная с телом человека

Разработка врачей, инженеров и биологов Массачусетского технологического института (MIT) открывает новую эпоху в реабилитации людей с ампутацией ноги выше колена, позволяя им не просто ходить, а совершать сложные, динамичные движения – быстро менять направление и адаптироваться к неровной поверхности, обходя препятствия.

Научная статья учёных МIT опубликована в журнале Science:

Tissue-integrated bionic knee restores versatile legged movement after amputation DOI: 10. 1126/ science.adv3223

Группа учёных MIT под руководством биофизика, которого зовут Хью Герр (вариант написания фамилии на русском: Херр) разработала революционную систему протезирования для пациентов с ампутацией выше колена. Новая технология e-OPRA (усовершенствованные остеоинтегрированные протезы для реабилитации людей с ампутированными конечностями) интегрирует бионическое колено непосредственно в костную и мышечную ткань пациента, в отличие от традиционных протезов, которые крепятся с помощью внешнего раструба.

Представленный протез интегрируется прямо в кость и мышцы, предоставляя пользователю необычайную точность движений и ощущение, что нога действительно «своя».

В отличие от традиционных протезов, где культя вставляется в гильзу, новая разработка соединяется с костью через титановый стержень и получает сигналы от мышц. Эти мышцы были хирургически перестроены с помощью подхода AMI — агонист-антагонистического мионейронального интерфейса. Это значит, что даже после ампутации они продолжают работать в паре и сохраняют обратную связь с мозгом.

В мышцы имплантируют электроды, которые улавливают электрические сигналы напрямую, без помех от кожи и протезной гильзы, обеспечивая высокоточную передачу команд.

Имплантированный титановый стержень содержит 16 проводов, подключенных к электродам в тканях. Эта система называется e-OPRA и передает информацию специальному контроллеру, который в режиме реального времени управляет движением коленного сустава.

Благодаря такой интеграции мозг пациента получает сенсорную обратную связь от протеза, а протез – сигналы от мышц, как если бы это был настоящий сустав. Это позволяет управлять движением «по намерению»: достаточно лишь представить движение, и бионический коленный сустав повторяет его в реальном времени.

Все работает как единое целое: мышцы посылают сигналы, компьютер обрабатывает их, и нога двигается — плавно, точно и по намерению человека.

Результаты показали, что участники значительно лучше контролировали движение протезом по сравнению с пользователями стандартных протезов – особенно при обходе препятствий.

В исследовании участвовали 17 человек. Двое из них получили полную систему, а остальные — лишь частично или вообще не использовали новые технологии. Участники с полной системой поднимались по лестницам, обходили препятствия и сгибали колено гораздо точнее и легче, чем другие.

Кроме физических тестов, исследователи оценивали чувство «воплощения» — насколько протез ощущается как часть тела. У пользователей новой системы оно оказалось значительно выше.

В рамках этого проекта специалисты разработали особый тип нейроинтерфейсов, который позволяет отслеживать активность сохранившихся мышц в неампутированной части руки и ноги и использовать их для управления работой бионического протеза. Для этого ученые проследили за тем, как меняется электрическая активность мышц здоровых рук и ног при совершении движений и действий. Эти данные ученые использовали для создания программы, считывающей сигналы из мышц и заставляющей элементы протеза принять нужную форму в процессе движения.

Эта технология — шаг к протезам будущего, которые не просто заменяют утраченные функции, а становятся полноценной частью тела.

Разработкой этих передовых протезов занимается группа американских учёных и биоинженеров под руководством профессора Массачусетского технологического института, биофизика и инженера Хью Герра.

В исследованиях под его руководством участвуют не только биоинженеры, но и врачи: нейрохирург и хирург, занимающийся операциями на нижних конечностях.

Коллектив уже несколько лет работает над созданием бионических конечностей, которые бы полностью повторяли функции ног.

Hugh Herr много лет работает над созданием искусственных конечностей, повторяющих функции естественных конечностей. В 2011 году журнал TIME назвал его «Лидером бионической эпохи» за его революционную работу в развивающейся области биомехатроники - новой области, которая объединяет физиологию человека с электромеханикой.

Герр, потерявший обе ноги ниже колена в результате несчастного случая при скалолазании в 1982 году, посвятил свою карьеру созданию технологий, расширяющих возможности протезирования. Он также работает над тем, чтобы обеспечить справедливый доступ к новейшим бионическим технологиям для всех пострадавших людей, особенно в развивающихся странах.

История Герра была рассказана в фильме National Geographic «Восхождение: История Хью Херра»

Для написания поста использована статья сайта IXBT: статья MIT создал интегрированное бионическое колено для ампутантов с прямым подключением к костям и мышцам.

Источник: vk.com

Комментарии: