Исследование опубликовано в выпуске журнала Science Translational Medicine от 5 февраля 2014 года и представляет собой совместную работу нескольких европейских университетов и больниц под названием Lifehand 2.«Сенсорная обратная связь была невероятной», — сообщает 36-летний пациент с ампутированной конечностью из Дании. «Я мог чувствовать то, чего не мог чувствовать более девяти лет». В лабораторных условиях, надев повязку на глаза и беруши, Соренсен смог определить, насколько сильно он держал, а также форму и консистенцию различных предметов, которые он снимал с помощью своего протеза. «Когда я держал предмет, я мог чувствовать, мягкий он или твердый, круглый или квадратный».От электрического сигнала к нервному импульсуМицера и его команда усовершенствовали искусственную руку сенсорами, которые обнаруживают информацию о прикосновении.
Это было сделано путем измерения натяжения искусственных сухожилий, контролирующих движение пальцев, и преобразования этого измерения в электрический ток. Но этот электрический сигнал слишком груб, чтобы его могла понять нервная система. Используя компьютерные алгоритмы, ученые преобразовали электрический сигнал в импульс, который могут интерпретировать сенсорные нервы. Ощущение осязания было достигнуто путем передачи обработанного в цифровом виде сигнала по проводам на четыре электрода, которые хирургическим путем были имплантированы в остатки нервов плеча Соренсена.
«Впервые в нейропротезировании сенсорная обратная связь была восстановлена и использована инвалидом в режиме реального времени для управления протезом», — говорит Мицера.«Нас беспокоило снижение чувствительности нервов Денниса, поскольку они не использовались более девяти лет», — говорит Станиса Распопович, первый автор и ученый из EPFL и SSSA. Эти опасения исчезли, когда ученые успешно восстановили осязание Соренсена.
Подключение электродов к нервам26 января 2013 года Соренсен перенес операцию в Риме в госпитале Джемелли. Специализированная группа хирургов и неврологов под руководством Паоло Марии Россини имплантировала так называемые трансневральные электроды в локтевой и срединный нервы левой руки Соренсена. После 19 дней предварительных испытаний Мицера и его команда подключали протез к электродам — и к Соренсену — каждый день в течение всей недели.
Ультратонкие сверхточные электроды, разработанные исследовательской группой Томаса Штиглица во Фрайбургском университете (Германия), позволили передавать чрезвычайно слабые электрические сигналы непосредственно в нервную систему. Было проведено огромное количество предварительных исследований, чтобы гарантировать, что электроды продолжат работать даже после образования послеоперационной рубцовой ткани. Это также первый случай, когда такие электроды были имплантированы поперечно в периферическую нервную систему человека с ампутированной конечностью.
Первая искусственная конечность с сенсорным усилениемКлиническое исследование представляет собой первый шаг к созданию бионической руки, хотя до появления на рынке протезов с сенсорным усилением еще несколько лет, а бионическая рука из научно-фантастических фильмов еще дальше.
Следующий шаг включает миниатюризацию электроники сенсорной обратной связи для портативного протеза. Кроме того, ученые настроят сенсорную технологию для лучшего разрешения касания и повышения осведомленности об угловом движении пальцев. Электроды были удалены из руки Соренсена через месяц из-за ограничений безопасности, наложенных на клинические испытания, хотя ученые оптимистично настроены, что они могут оставаться имплантированными и функциональными без повреждения нервной системы в течение многих лет.
Психологическая сила как активПсихологическая сила Соренсена сыграла важную роль в клиническом исследовании.
Он говорит: «Я был более чем счастлив добровольно участвовать в клинических испытаниях не только для себя, но и для помощи другим инвалидам». Теперь он сталкивается с проблемой снова испытать прикосновения лишь на короткий период времени.
Соренсен потерял левую руку, управляя фейерверком во время семейного праздника. Его срочно доставили в больницу, где ему немедленно ампутировали руку. С тех пор он носит коммерческий протез, который определяет движение мышц в его культе, что позволяет ему открывать и закрывать руку и удерживать предметы.«Это работает как тормоз мотоцикла», — объясняет Соренсен об обычных протезах, которые он обычно носит. «Когда вы нажимаете на тормоз, рука закрывается.
Когда вы расслабляетесь, рука открывается».Однако без передачи сенсорной информации в нервную систему Соренсен не может почувствовать то, что он пытается схватить, и должен постоянно следить за своим протезом, чтобы не раздавить объект.
Сразу после ампутации Соренсен пересказывает сказанное ему врачом. «Есть два способа увидеть это. Вы можете сидеть в углу и жалеть себя.
Или вы можете встать и почувствовать благодарность за то, что у вас есть. Я думаю, вы примете вторую точку зрения».
«Он был прав», — говорит Соренсен.