В течение десяти лет нейробиолог Грегор Куртин (Grégoire Courtine) изучает возможность восстановления двигательной активности парализованных приматов с повреждениями спинного мозга. Для проведения исследований ученому приходится регулярно летать из Швейцарии в Китай, где он ставит опыты на приматах. Проблема в том, что ни в США, ни в Европе такие исследования проводить нельзя — они запрещены.
На этой неделе специалист со своей командой опубликовали результаты практических экспериментов, которые они все это время ставили в лаборатории в Пекине. Ученые разработали беспроводный имплантат для мозга, который передает сигналы в электроды, имплантированные в мышцы ног животных. В итоге приматы со значительным повреждением спинного мозга снова получили возможность ходить.
«Эта команда ученых показала, что животные снова получают возможность передвигаться с нормальной координацией движений. Это отличная работа», — заявил Гаурав Шарма, нейробиолог, который работает с парализованными пациентами, восстанавливая двигательную функцию рук.
После доработки технология, разработанная швейцарским ученым, возможно, сможет помочь людям с повреждённым спинным мозгом снова ходить или хотя бы совершать некоторые движения ногами. Грегор Куртин получил согласие двух добровольцев на установку такой системы в их организме.
«Исследование помогает открывать новые пути проведения клинических исследований и биоэлектронных методов лечения пациента, которые парализованы», — говорит биоинженер Чад Боутон (Chad Bouton) из Института Фейнштейна, Нью-Йорк. Кстати, в апреле этого года ученые из упомянутого института установили имплантат пациенту со сломанным позвоночником. Он получил возможность двигать рукой, брать ею предметы и играть в Guitar Hero. Вместе с имплантом пациент получил рукав с электродами. Эти электроды посылают электрические импульсы в руку пациента. Импульсы отсылаются именно в те мышцы, которые отвечают за хватательные движения пальцев и руки.
Швейцарские ученые долгое время проводили эксперименты с лабораторными крысами, перейдя потом к приматам. По словам Куртина, обезьяны показывают примерно ту же реакцию на работу разработанной учеными системы, что и крысы. Сначала команда провела изучение движения электрических сигналов от мозга к ногам обезьян, проведя «картирование» электросигналов и мышц. Также они тщательно изучили спинной мозг в нижней части позвоночника, куда поступают практически все электрические сигналы мозга прежде, чем они передаются в мышцы. И уже после всего этого процесса ученые воспроизвели передачу электрических сигналов у приматов с поврежденным спинным мозгом.
Обезьянам вживили в мозг микроэлектроды, способные передавать электрические сигналы головного мозга в специальную систему, которая расшифровывает данные и передает дальше. По беспроводной связи эти сигналы передаются в устройство, генерирующее специфические электрические сигналы, которые передаются в нижние конечности животных. В итоге животные снова учились ходить и вполне неплохо передвигались.
«Вся команда кричала от радости, когда видела все это», — сказал ученый, видевший множество случаев неудачного восстановления двигательных функций у приматов и человека. Пока что координацию нижних конечностей нельзя назвать идеальной, но усилие, прикладываемое животным к ногам, соответствует их весу. Другими словами, животное, стоя на лапах, не падает, конечности не подгибаются.
Нейробиологи сейчас достигли значительных успехов и в создании бионических протезов. Все это стало возможным благодаря развитию современных технологий. Например, в этом году Джоди О'Коннелл-Понкос (Jodie O’Connell-Ponkos), потерявшая руку почти 30 лет назад, получила протез нового типа, который может определять даже самый слабый сигнал нервных окончаний. Протез может выполнять почти все движения, о которых подумал владелец.
Протез руки нового типа «понимает», что вот этот электрический сигнал должен задействовать пальцы, а этот — запястье. В результате протез руки работает в соответствии с мыслями пользователя. Если тот решил взять в руку что-то, протез автоматически откликается на сигнал. Если же владелец протеза захотел поправить прическу, система выполняет намерение владельца. Бионический протез от Coapt действует синхронно с другой конечностью, так что и родной и искусственной рукой можно выполнять согласованные действия.
Повреждения спинного мозга — еще более сложная проблема, которую ученые с переменным успехом пытаются решить уже много лет. Что касается Куртина и его двух добровольцев, то пока что им не вживляли в мозг электроды, а лишь установили систему, которая посылает сигналы в мышцы ног. Таким образом, пациенты не могут контролировать свои ноги, сигналы передаются учеными «по воздуху». Специалисты сейчас отрабатывают корректность работы устройства, и позже планируют использовать мозговые имплантаты для человека.
Как уже говорилось выше, проведение экспериментов для швейцарских ученых усложнено законодательными нормами Европы. Так что Куртину с командой по-прежнему приходится регулярно летать в Китай, для продолжения экспериментальной серии с приматами.
DOI:10.1038/nature.2016.20967
