Симбиоз нервов и электроники: созданы «умные» бионические конечности

Учёные добились успеха в применении передовой хирургической методики, позволяющей ампутантам контролировать бионические конечности с помощью нервной системы и ощущать их положение в пространстве. Исследование, опубликованное 1 июля в журнале Nature Medicine, описывает результаты процедуры на семи пациентах с бионическими ногами. В целом, около 60 человек по всему миру уже прошли через подобные операции.

Эта инновационная технология впервые демонстрирует возможность полного нейронного управления протезом ноги, создавая биомиметическую походку. Это означает, что синтетический протез способен эффективно компенсировать утраченные функции конечности и обеспечивать естественные движения, практически неотличимые от походки здорового человека.

В отличие от традиционных протезов, которые полагаются на предустановленные роботизированные алгоритмы, новая методика, известная как мионевральный интерфейс антагонист-агонист ( agonist-antagonist myoneural interface (AMI)), позволяет собственной нервной системе пациента напрямую контролировать движение протеза. Это достигается путем реконструкции нервно-мышечных связей, утраченных при ампутации.

AMI создает интуитивно понятный интерфейс между мозгом пользователя и протезом, позволяя более точно и естественно управлять движениями. Эта технология открывает новые горизонты в области протезирования, значительно улучшая качество жизни людей с ампутированными конечностями.

Суть процедуры AMI заключается в восстановлении мышц в остатке конечности пациента после ампутации ниже колена. Электрические сигналы от центральной нервной системы передаются между этими мышцами и улавливаются электродами в установленном протезе. Эти сигналы обрабатываются роботизированным контроллером в протезе, который управляет походкой пациента. Обратные сигналы о положении и движении протеза также передаются в нервную систему.

В серии экспериментов, описанных в новом исследовании, пациенты, прошедшие через операцию AMI, смогли ходить быстрее, чем те, кто получил такие же протезы после традиционных ампутаций. Некоторые пациенты достигли скорости ходьбы, сопоставимой с людьми без ампутаций, и смогли легче преодолевать препятствия и подниматься по лестнице.

Современные технологии протезирования уже позволяют ампутантам добиваться естественной походки, однако они зависят от роботизированных сенсоров и контроллеров, движущихся по заданным алгоритмам. В отличие от них, AMI позволяет конечности динамически реагировать на сигналы тела.

Пациенты, прошедшие через AMI, также испытывали меньше боли и мышечной атрофии. Методика может быть использована и для людей с ампутациями рук и может проводиться как во время первоначальной ампутации, так и позже.

Эти достижения представляют собой значительный шаг вперёд в восстановлении функций у пациентов с тяжёлыми травмами конечностей, демонстрируя потенциал для дальнейшего развития и совершенствования технологий бионических протезов.