Чело­ве­че­ский орга­низм обла­да­ет уди­ви­тель­ной спо­соб­но­стью к адап­та­ции, одна­ко утра­та конеч­но­сти пред­став­ля­ет собой серьез­ную физи­че­скую и пси­хо­ло­ги­че­скую трав­му. По дан­ным Соци­аль­но­го фон­да Рос­сии, в 2023 году более 1,1 млн граж­дан полу­чи­ли тех­ни­че­ские сред­ства реа­би­ли­та­ции, сре­ди кото­рых зна­чи­тель­ное место зани­ма­ют про­те­зы, ком­пен­си­ру­ю­щие поте­рю рук и ног. Одна­ко для пол­но­цен­но­го вос­ста­нов­ле­ния каче­ства жиз­ни недо­ста­точ­но про­сто­го заме­ще­ния утра­чен­ной части — необ­хо­ди­мы высо­ко­тех­но­ло­гич­ные реше­ния, спо­соб­ные мак­си­маль­но при­бли­зить функ­ци­о­наль­ность про­те­за к есте­ствен­ным воз­мож­но­стям орга­низ­ма. В Рос­сии актив­но раз­ви­ва­ют­ся био­ни­че­ские про­те­зы, кото­рые инте­гри­ру­ют­ся с нерв­ной систе­мой чело­ве­ка и поз­во­ля­ют не толь­ко выпол­нять слож­ные дви­же­ния, но и полу­чать так­тиль­ную обрат­ную связь. Эти раз­ра­бот­ки ведут­ся в Феде­раль­ном цен­тре моз­га и ней­ро­тех­но­ло­гий ФМБА Рос­сии, где меж­дис­ци­пли­нар­ная коман­да спе­ци­а­ли­стов созда­ет про­рыв­ные реше­ния в обла­сти нейропротезирования.

Бионические протезы

От меха­ни­ки к нейроинтерфейсам

Совре­мен­ные био­ни­че­ские про­те­зы кар­ди­наль­но отли­ча­ют­ся от сво­их пред­ше­ствен­ни­ков, кото­рые в основ­ном выпол­ня­ли деко­ра­тив­ную функ­цию или обес­пе­чи­ва­ли базо­вые воз­мож­но­сти захва­та. Сего­дняш­ние раз­ра­бот­ки пред­став­ля­ют собой слож­ные био­ме­хатрон­ные систе­мы, вза­и­мо­дей­ству­ю­щие с цен­траль­ной и пери­фе­ри­че­ской нерв­ной систе­мой чело­ве­ка. Как отме­ча­ет гене­раль­ный дирек­тор Феде­раль­но­го цен­тра моз­га и ней­ро­тех­но­ло­гий ФМБА Рос­сии, член-кор­ре­спон­дент РАН Все­во­лод Белоусов,

“Мы созда­ем систе­мы, кото­рые напря­мую вза­и­мо­дей­ству­ют с нерв­ной систе­мой чело­ве­ка. Через мик­ро­им­план­ты, уста­нов­лен­ные в куль­тю, про­тез под­клю­ча­ет­ся к сохра­нив­шим­ся нер­вам. Это поз­во­ля­ет не толь­ко управ­лять искус­ствен­ной рукой силой мыс­ли, но и полу­чать обрат­ную связь — ощу­щать фор­му, тек­сту­ру и даже плот­ность предметов”.

Прин­цип дей­ствия био­ни­че­ско­го про­те­за осно­ван на реги­стра­ции био­элек­три­че­ских сиг­на­лов, гене­ри­ру­е­мых оста­точ­ны­ми мыш­ца­ми куль­ти или непо­сред­ствен­но нер­ва­ми, и их пре­об­ра­зо­ва­нии в коман­ды для при­во­дов про­те­за. Обрат­ная связь дости­га­ет­ся за счет сти­му­ля­ции нерв­ных окон­ча­ний с помо­щью элек­тро­дов, ими­ти­ру­ю­щих есте­ствен­ные так­тиль­ные ощу­ще­ния. Такой под­ход поз­во­ля­ет поль­зо­ва­те­лю вос­при­ни­мать про­тез не как ино­род­ный объ­ект, а как про­дол­же­ние соб­ствен­но­го тела.

В ходе кли­ни­че­ских испы­та­ний, про­во­ди­мых в цен­тре, паци­ен­ты с завя­зан­ны­ми гла­за­ми и в шумо­по­дав­ля­ю­щих науш­ни­ках (для исклю­че­ния зву­ко­вых под­ска­зок от рабо­ты меха­низ­мов) мог­ли уве­рен­но раз­ли­чать мяг­кие и твер­дые, боль­шие и малень­кие пред­ме­ты. Эти резуль­та­ты под­твер­жда­ют высо­кую точ­ность пере­да­чи сен­сор­ной инфор­ма­ции, что откры­ва­ет новые гори­зон­ты в реа­би­ли­та­ции людей с ампутациями.

Нейропластичность и адаптация

Как мозг учит­ся управ­лять новой конечностью

Про­цесс инте­гра­ции био­ни­че­ско­го про­те­за в систе­му орга­низ­ма тре­бу­ет слож­ной мно­го­этап­ной под­го­тов­ки. Пер­вым эта­пом явля­ет­ся ней­ро­хи­рур­ги­че­ская опе­ра­ция по уста­нов­ке мик­ро­элек­тро­дов в сохра­нив­ши­е­ся нерв­ные окон­ча­ния куль­ти. После это­го сле­ду­ет дли­тель­ный пери­од реа­би­ли­та­ции и обу­че­ния, в ходе кото­ро­го мозг паци­ен­та учит­ся интер­пре­ти­ро­вать новые сиг­на­лы и управ­лять протезом.

Клю­че­вую роль в этом про­цес­се игра­ет ней­ро­пла­стич­ность — спо­соб­ность цен­траль­ной нерв­ной систе­мы к пере­строй­ке и адап­та­ции. Спе­ци­а­ли­сты цен­тра созда­ют инди­ви­ду­аль­ные “кар­ты ощу­ще­ний” для каж­до­го паци­ен­та, реги­стри­руя, какие пат­тер­ны сти­му­ля­ции вызы­ва­ют у него вос­при­я­тие тех или иных так­тиль­ных свойств пред­ме­тов. Для уско­ре­ния адап­та­ции еще до изго­тов­ле­ния про­те­за исполь­зу­ют­ся VR-симу­ля­то­ры, где паци­ент видит вир­ту­аль­ную модель буду­щей конеч­но­сти и отра­ба­ты­ва­ет навы­ки управ­ле­ния. Пер­вые базо­вые навы­ки появ­ля­ют­ся уже через 2-3 неде­ли интен­сив­ных тре­ни­ро­вок, одна­ко пол­ная адап­та­ция зани­ма­ет от несколь­ких меся­цев до года в зави­си­мо­сти от инди­ви­ду­аль­ных осо­бен­но­стей паци­ен­та и слож­но­сти случая.

Борьба с фантомными болями

Неожи­дан­ный тера­пев­ти­че­ский эффект

Одним из самых зна­чи­мых побоч­ных эффек­тов при­ме­не­ния био­ни­че­ских про­те­зов с ней­ро­ин­тер­фей­са­ми ста­ло сни­же­ние или пол­ное исчез­но­ве­ние фан­том­ных болей — мучи­тель­ных ощу­ще­ний в утра­чен­ной конеч­но­сти, кото­рые наблю­да­ют­ся у 60-80% паци­ен­тов после ампу­та­ции. Тра­ди­ци­он­ные мето­ды лече­ния это­го состо­я­ния часто ока­зы­ва­ют­ся неэф­фек­тив­ны­ми, что при­во­дит к мно­го­лет­ним стра­да­ни­ям и сни­же­нию каче­ства жиз­ни. Систе­ма сти­му­ля­ции нер­вов через те же элек­тро­ды, кото­рые исполь­зу­ют­ся для управ­ле­ния про­те­зом и обрат­ной свя­зи, фак­ти­че­ски “пере­за­гру­жа­ет” нерв­ную систе­му. По дан­ным кли­ни­че­ских наблю­де­ний, в 85% слу­ча­ев у паци­ен­тов отме­ча­ет­ся зна­чи­тель­ное умень­ше­ние или пол­ное исчез­но­ве­ние фан­том­ных болей. Этот эффект ста­но­вит­ся важ­ным допол­ни­тель­ным аргу­мен­том в поль­зу внед­ре­ния ней­ро­тех­но­ло­гий в кли­ни­че­скую практику.

Перспективы развития

От тем­пе­ра­тур­ной чув­стви­тель­но­сти до искус­ствен­но­го интеллекта

Теку­щие иссле­до­ва­ния в обла­сти био­ни­че­ско­го про­те­зи­ро­ва­ния сосре­до­то­че­ны на рас­ши­ре­нии функ­ци­о­наль­ных воз­мож­но­стей систем. Одним из при­о­ри­тет­ных направ­ле­ний явля­ет­ся добав­ле­ние тем­пе­ра­тур­ной чув­стви­тель­но­сти — воз­мож­но­сти ощу­щать теп­ло и холод био­ни­че­ской рукой. Это поз­во­лит еще боль­ше при­бли­зить ощу­ще­ния от исполь­зо­ва­ния про­те­за к естественным.

Дру­гим важ­ным век­то­ром раз­ви­тия явля­ет­ся созда­ние пол­но­стью оте­че­ствен­ной про­из­вод­ствен­ной цепоч­ки, вклю­чая имплан­ты и про­грамм­ное обес­пе­че­ние. Осо­бое вни­ма­ние уде­ля­ет­ся раз­ра­бот­ке реше­ний не толь­ко для верх­них, но и для ниж­них конеч­но­стей, что откры­ва­ет новые воз­мож­но­сти для реа­би­ли­та­ции паци­ен­тов с ампу­та­ци­я­ми ног. В обла­сти обра­бот­ки сиг­на­лов и управ­ле­ния про­те­за­ми актив­но внед­ря­ют­ся алго­рит­мы машин­но­го обу­че­ния. В пер­спек­ти­ве исполь­зо­ва­ние искус­ствен­но­го интел­лек­та поз­во­лит созда­вать пер­со­на­ли­зи­ро­ван­ные моде­ли управ­ле­ния, адап­ти­ро­ван­ные под инди­ви­ду­аль­ные осо­бен­но­сти каж­до­го паци­ен­та. Это повы­сит точ­ность и ско­рость реак­ции про­те­за, а так­же упро­стит про­цесс обучения.

Социальное значение

И доступ­ность технологий

Глав­ное пре­иму­ще­ство био­ни­че­ских про­те­зов заклю­ча­ет­ся не толь­ко в вос­ста­нов­ле­нии функ­ци­о­наль­но­сти, но и в воз­вра­ще­нии паци­ен­там ощу­ще­ния есте­ствен­но­сти. В насто­я­щее вре­мя тех­но­ло­гии про­хо­дят кли­ни­че­ские испы­та­ния с уча­сти­ем реаль­ных паци­ен­тов. Пла­ни­ру­ет­ся, что к 2030 году нач­нет­ся серий­ное про­из­вод­ство био­ни­че­ских про­те­зов, что сде­ла­ет их доступ­ны­ми для широ­ко­го кру­га поль­зо­ва­те­лей бла­го­да­ря мерам госу­дар­ствен­ной под­держ­ки и раз­ви­тию оте­че­ствен­но­го производства.

Раз­ви­тие био­ни­че­ско­го про­те­зи­ро­ва­ния в Рос­сии пред­став­ля­ет собой яркий при­мер успеш­ной инте­гра­ции фун­да­мен­таль­ной нау­ки, инже­нер­ных раз­ра­бо­ток и кли­ни­че­ской прак­ти­ки. Созда­ние ней­ро­ин­тер­фей­сов, обес­пе­чи­ва­ю­щих дву­сто­рон­нюю связь меж­ду про­те­зом и нерв­ной систе­мой, откры­ва­ет новые воз­мож­но­сти для реа­би­ли­та­ции людей с ампу­та­ци­я­ми. Меж­дис­ци­пли­нар­ный под­ход, реа­ли­зу­е­мый в Феде­раль­ном цен­тре моз­га ФМБА, и под­держ­ка госу­дар­ства в рам­ках наци­о­наль­ных науч­но-тех­но­ло­ги­че­ских про­грамм созда­ют проч­ную осно­ву для даль­ней­ше­го про­грес­са в этой области.

Tags:
,

Похожие посты