Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали революционный протез, который помогает людям с ампутацией нижних конечностей ходить более естественно и даже возвращает им способность танцевать.
В отличие от традиционных протезов, эта бионическая нога управляется мозгом. Пользователи могут контролировать движение стопы с помощью мыслительных сигналов. Исследование показало, что участники смогли ходить более естественно, преодолевать лестницы и легко маневрировать вокруг препятствий.
«Ранее никто не демонстрировал такого уровня контроля мозгом, обеспечивающего естественную походку, где движение контролирует нервная система человека, а не алгоритм управления роботом», - говорит Хью Херр, содиректор Центра бионики имени K. Лизы Ян при MIT и старший автор нового исследования.
Хирургия нового поколения
Ключом к работе этой технологии является новая хирургическая методика под названием интерфейс агонист-антагонист мионевральный (AMI). Эта операция при ампутации ниже колена сохраняет и восстанавливает нервы и мышцы в культе конечности.
Обычно ампутация нарушает связь между мышцами (агонистами и антагонистами), которые обычно работают вместе. Это прерывает естественную коммуникацию между этими мышцами и нервной системой.
Операция AMI восстанавливает связь между парами мышц-антагонистов в культе конечности. Сигналы от восстановленных мышц помогают бионической ноге определить, как пользователь хочет использовать протез стопы (сгибать, поднимать, вращать).
«С помощью процедуры ампутации AMI мы максимально пытаемся соединить собственные мышцы-агонисты с собственными антагонистами физиологическим образом, чтобы после ампутации человек мог двигать всей фантомной конечностью с физиологическими уровнями проприоцепции и диапазона движения», - поясняет Херр.
Перспективные результаты испытаний
После восстановления связи между мышцами с помощью операции AMI в работу вступает нейропротезный интерфейс. Он использует электроды на культе конечности для обнаружения и контроля мышечных сокращений.
Интерфейс не просто регистрирует мышечную активность. Он имеет сложный алгоритм, который действует как декодер. Он анализирует специфические паттерны мышечных сокращений и переводит их в целевые движения для протеза стопы.
В исследовании все участники получили бионическую ногу с электрическим приводом голеностопного сустава. Обычно он считывает сигналы с мышц-сгибателей и разгибателей голеностопа (гастрокнемиусов). Затем сигналы подаются на роботизированный контроллер, который определяет оптимальное движение голеностопного сустава в зависимости от таких параметров, как угол сгибания, крутящий момент и питание.
Согласно пресс-релизу, преимущества операции AMI были очевидны в исследовании с участием семи пациентов. Более того, они сообщили об уменьшении боли и минимальной атрофии мышц после операции.
«Эта работа является еще одним шагом на пути к демонстрации того, чего можно достичь в восстановлении функций у пациентов, страдающих тяжелыми травмами конечностей. Именно благодаря такому сотрудничеству мы можем добиться революционных изменений в лечении пациентов», - говорит доктор Мэтью Карти, хирург из больницы Brigham and Women's Hospital и доцент Гарвардской медицинской школы.
Теперь исследователи из MIT работают над тем, чтобы сделать эту технологию более доступной. Они надеются выпустить коммерческую версию бионической ноги в течение пяти лет.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Medicine.
