Здоровый человек может управлять движением своих конечностей с высокой точностью. Все потому, что люди чувствуют, где в настоящий момент находятся конечности и их элементы. Благодаря этому рука и отдельные ее составные части двигаются скоординировано, например, тогда, когда мы хотим почесать свой нос.
А вот протезы, даже бионические — другое дело. Когда обладатель такого протеза захочет почесать нос, он должен быть очень осторожным. В противном случае можно просто выколоть себе глаз или выбить зубы, но не добиться желаемого. Но в будущем эту проблему обещают исправить.
Работа началась уже сейчас — ученые из MIT работают над новыми нейронными интерфейсами управления протезами. Если все получится, то управление искусственными конечностями будет таким же простым делом, как и выполнение операций ногами, руками и их элементами.
Интерфейс будет подключаться к нервной системе оставшихся активными мускулов травмированной ноги или руки. Если человек захочет совершить движение несуществующей ступней, то отделы мозга, которые отвечают за это действие, все равно активизируются, приводя в движение мускулы ноги. А вот сигналы мускулов и нервов будут восприниматься протезом, который станет выполнять нужные человеку движения.
Исследователи продвинулись достаточно далеко в своей работе, результаты которой были опубликованы на данях Science Translational Medicine. Интерфейс, о котором шла речь выше, получил название «agonist-antagonist myoneural interface» (AMI). В эксперименте участвовал доброволец — человек, лишившийся стопы. Ля него создали протез, которым он смог управлять практически так же точно, как и ступней.
Ученые очень близки к тому, чтобы сформировать единую бионическую систему из поврежденной ноги. Она, фактически, является единым целым, с кибернетическими и биологическими элементами. «Поскольку мускулы управляются при помощи нервов, всем управляет мозг, сигналы которого передаются в нервную систему, после чего активируется уже мышечная система», — говорит один из разработчиков.
Бионический протез способен улавливать электрические сигналы нервной системы. Человек, думая, например, об изменении положения стопы, управляет протезом. Самое сложное — это дешифровка сигналов нервных окончаний и преобразование их в сигналы, «понятные» бионическому протезу. Собственно, это основная проблема для современной индустрии разработки бионических «умных» протезов.
Ученым из MIT удалось выполнить эту работу и сделать так, что действия искусственной стопы точно повторяют желание человека по управлению ею. В итоге пациент может совершать синхронные движения как протезом, так и оставшейся стопой + протезом. По мнению специалистов, наиболее перспективный путь развития для протезирования конечностей — объединение технологических и естественных элементов.
Разработчики кибернетической стопы считают, что их исследование позволит уже в недалеком будущем создавать совершенные бионические протезы для пациентов с ампутированными частями рук или ног.
А ученые из Сеульского университета смогли создать аналог нерва — правда, не для человека, а для таракана. Подсоединив этот нерв к ноге таракана, специалисты смогли имитировать передачу сигналов от собственных нервов таракана к конечности. В итог она двигалась.
Этот нерв, который называется афферентным, отвечает не только за движение, но и за передачу сигналов при прикосновении конечности к определенному объекту. А это рецепторы, синапсы и несколько других элементов, аналоги которых ранее никто не создавал. Исследователи, о которых идет речь — группа ученых под руководством Тхэ-У Ли (Tae-Woo Lee).
Роль механорецепторов в разработке ученых играют резистивные датчики давления. Он состоит из плоского золотого электрода и углеродного электрода, состоящего из нанотрубок. Второй находится прямо над первым, так что при увеличении давлении площадь контакта между ними увеличивается. А это в свою очередь, дает возможность измерить величину давления. Вероятно, полноценные протезы с сенсорными датчиками появятся уже в скором будущем, что не может не радовать.
