Навіть таке просте рух, як підняття чашки з чаєм, вимагає від вашого тіла дуже багато дій. М'язи руки повинні працювати, щоб перемістити її до чашки. М'язи вашій долоні повинні розкритися, щоб ви змогли охопити чашку, а потім стулити пальці навколо, щоб її утримати. Потім м'язи плеча повинні утримувати руку, щоб вона не здригнулася через додаткової ваги чашки. Всі ці м'язи повинні працювати точно і скоординовано, в той час як ви думаєте, що просто заварили собі чай.
Як змусити працювати паралізовані м'язи?
Саме тому змусити паралізовану кінцівку рухатися знову так важко. Більшість паралізованих м'язів все ще можуть працювати, але їх зв'язок з мозком була втрачена, тому вони не отримують інструкцій до дії. На жаль, лікарі ще не навчилися відновлювати пошкодження спинного мозку, проте є рішення. Ми можемо обійти його і давати інструкції м'язам штучно. Завдяки розвитку технологій для читання та інтерпретації активності мозку, ці інструкції одного разу зможуть приходити прямо з голови пацієнта.
Ми можемо змусити паралізовані м'язи працювати, стимулюючи їх електродами, розташованими всередині них або ж навколо нервів, які їх забезпечують. Ця технологія відома під назвою "функціональна електрична стимуляція". Її можна використовувати не тільки для того, щоб допомогти паралізованим людям рухатися, але також для відновлення функцій сечового міхура, для стимуляції ефективного кашлю, а також для полегшення болю. Дана технологія може мати велике значення для життя людей з пошкодженням спинного мозку.
дослідження вчених
Димитра Блана і її колеги працюють над тим, як поєднувати цю технологію зі складним набором інструкцій, необхідних для роботи однієї руки. Якщо ви хочете підняти чашку з чаєм, які м'язи потрібно стимулювати, коли і скільки? Ці інструкції є дуже складними, і не тільки через велику кількість м'язів, які тут беруть участь. У міру того, як ви будете пити чай, ці інструкції поміняються, оскільки вага чашки буде зменшуватися. Для того щоб зробити щось інше, наприклад, почухати ніс, інструкції будуть абсолютно іншими.
Замість того щоб просто відчувати різні інструкції на паралізованих м'язах в надії знайти ті, які будуть працювати, вчені використовують комп'ютерні моделі опорно-рухового апарату для їх обчислення. Ці моделі являють собою математичні описи того, як м'язи, кістки і суглоби діють під час рухів. При моделюванні є можливість зробити м'язи сильнішим чи слабшим, паралізованими або стимульований зовні. Тому можна швидко і безпечно протестувати різні моделі імпульсів, щоб дізнатися, які з них більш успішні.
моделювання м'язів
Для тестування технології вчені імплантували по 24 електрода в м'язи і нерви учасників дослідження. Вони використовували моделювання, щоб вирішити, де розмістити електроди, оскільки паралізованих м'язів більше, ніж електродів в сучасних системах функціональної електричної стимуляції.
Якби у вас був вибір, то які м'язи краще стимулювати: підлопаткові або надкостной? Якщо ж потрібно стимулювати пахвовий нерв, то де потрібно розмістити електрод? Щоб відповісти на ці складні питання, вчені використовували моделювання з різними наборами електродів, і вибрали той, який дозволяв комп'ютерної моделі здійснювати найбільш ефективні руху.
В даний час команда працює над плечем, яке стабілізується групою м'язів, названої обертається манжетою. Якщо інструкції, які ви отримуєте до неї, неправильні, рука може вискочити з плеча. Саме тому комп'ютерні моделі незамінні в цьому дослідженні. Ставити такі експерименти на учасниках ніхто б не наважився.
нові завдання
Знати, як активізувати паралізовані м'язи, щоб виробляти корисні руху, - це тільки половина проблеми. Вчені також повинні вирішити, в який саме час активувати м'язи, наприклад, коли користувач хоче підібрати якийсь об'єкт. Один з можливих варіантів - це передача цієї інформації безпосередньо з мозку. Останнім часом дослідники з США використовували імплантат для прослуховування окремих клітин у мозку паралізованої людини. Оскільки різні рухи пов'язані з різними формами активності мозку, учасник міг вибрати одне з шести заздалегідь запрограмованих рухів, які потім були згенеровані шляхом стимуляції м'язів руки.
Чому не можна ставити крапки в СМС-повідомленнях?
13 знаменитостей, чий реальний вік напевно вас здивує
Як відрізнити психопата? Є три ознаки
читання мозку
Хоча це і захоплюючий крок вперед в області нейронного протезування, багато проблем залишаються невирішеними. В ідеалі імплантати мозку повинні працювати протягом багатьох десятиліть. Але в даний час важко записати навіть ті сигнали, які знадобляться протягом декількох тижнів, так що ці системи повинні регулярно калібрувати. Використання нових конструкцій імплантатів або різних сигналів мозку може поліпшити довгострокову стабільність.
Крім того, імплантати слухають тільки невелику частину з мільйонів клітин, які контролюють наші кінцівки, тому діапазон рухів може бути досить обмеженим. Проте, контроль мозком роботизованих кінцівок з деяким ступенем свободи все ж таки був досягнутий, і можливості цієї технології швидко розвиваються.
майбутнє технології
І, нарешті, плавні, без будь-яких зусиль руху, які ми сприймаємо як щось само собою зрозуміле, керуються багатою сенсорною системою зворотного зв'язку, що повідомляє мозку, де знаходяться наші руки, і коли наші пальці торкаються до об'єктів. Ці сигнали можуть бути втраченими після травм, тому дослідники працюють також над мозковими імплантатами, які зможуть відновити відчуття, а також руху.
