Наука и Техника

Наука И Техника
30 мая 2016

Прорыв в биоинженерии: созданы подсознательно управляемые протезы нижних конечностей.

Исландская компания ssur, занимающаяся биоинженерией, а также разработкой, производством и продажей различной ортопедической продукции и протезов, объявила об успешном создании бионического протеза ноги, управляемого человеческим мозгом. Новая технология использует специальные имплантируемые сенсоры, которые посылают беспроводные сигналы во встроенный в искусственную конечность микрокомпьютер, позволяя человеку управлять ею практически на уровне подсознания, обеспечивая быстрый и естественный отклик и движения.

Протезы, управляемые мышечными импульсами, появились еще в конце 1960-х годов, однако данная технология до сих пор имеет ряд ограничений. Принцип ее работы основан на установке и использовании на коже специальных сенсоров, которые улавливают электрические разряды и позволяют на их основе управлять, например, искусственной рукой. Проблема заключается в том, что эти сенсоры улавливают электрические импульсы не одной отдельной мышцы, а всех сразу. Это в свою очередь снижает производительность искусственной конечности и требует от человека огромной практики, чтобы правильно управляться с протезом. Кроме того, такие протезы очень медлительны, неудобны, неточны и, в конце концов, совершенно непохожи на естественные конечности.

Одним из решений этого вопроса может являться использование более точных сенсоров, позволяющих управлять протезом силой мысли человека. Данный метод уже показал некоторые успешные результаты в случае с протезами верхних конечностей, однако с нижними конечностями успехи выглядели совсем не радужно.

Суть проблемы заключается в том, что управлять верхними искусственными протезами можно более сознательно, чем нижними. Мы используем руки для того, чтобы что-то взять, поднять или прикрутить. Другими словами, мы совершаем более координированные действия. Однако ноги мы используем для ходьбы, и управляем мы ими менее сознательно, фактически на уровне рефлексов, которые посылаются в качестве команд спинным, а не головным мозгом.

Например, когда мы надеваем носки на ноги, то мы не думаем о всех тех сложных сериях движений, которые выполняются в этот момент. Мы просто натягиваем носки под воздействием интуиции и согласно нашим рефлексам. Ноги в этом случае сами делают то, что они должны делать. Однако без этого автоматического контроля со стороны нашей нейромышечной системы даже обычное перешагивание через порог будет каждый раз восприниматься нами как большое достижение.

Новая технология ssur управления нижними искусственными конечностями разработана с учетом совместимости с линейкой ее бионических протезов ступней, коленей и ноги в целом. Эти компьютеризированные «умные искусственные конечности» способны в реальном времени самостоятельно понимать необходимость в тех или иных настройках, чтобы обеспечить человеку максимальный комфорт, скорость и эффективность использования по той или иной поверхности.

Основой системы управления таким протезом являются имплантируемые в протезируемую конечность миоэлектрические сенсоры (IMES), разработанные в организации Alfred Mann Foundation. Размером со спичку эти сенсоры имплантируются в определенные оставшиеся мышцы в культе. Находящийся в протезе специальный ресивер принимает передаваемые на сенсор мышцами импульсы и беспроводным способом передает их на микрокомпьютер протеза. В этом случае вся система искусственной конечности действует как один единый кибернетический имплантат, сигналы на который подаются спинным мозгом. В результате человеку не требуется осознанно выполнять те или иные действия для управления искусственной конечностью. Протез управляется практически на подсознательном уровне.

«Данная технология делает управление искусственной конечностью скорее интуитивным и интегративным процессом, нежели осознанно управляемым», — говорит Торвальдур Ингварссон, глава проекта по разработке протеза, управляемого мозгом.

«В результате движения и работа искусственной конечностью получаются более естественными и непринужденными, правда при учете того, что это именно искусственная конечность. Теперь человеку не требуется сначала подумать о тех движениях, которые нужно сделать, потому что их неосознанные рефлексы автоматически трансформируются в миоэлектрические импульсы, которые и контролируют бионическую конечность».

Технология в течение года проходила испытания при участии двух добровольцев, которые очень положительно о ней отозвались. Планируется проведение дальнейших клинических испытаний.

«Управляемые мыслью бионические ноги являются настоящим прорывом в новое поколение бионических технологий», — делится Джон Сигурдссон, президент и исполнительный директор компании ssur.

«Благодаря адаптации не только сознательного управления, но также и интуитивных действий, мы становимся гораздо ближе к созданию искусственных конечностей, которые по-настоящему станут единым целым с их владельцами».