Вчені всього світу працюють над тим, щоб поліпшити якість життя людей, які втратили руку або ногу або втратили здатність рухатися. Але такого ще не було: нейрофізіологам Медичного центру Університету штату Огайо вперше вдалося за допомогою сигналів від мозку змусити рухатися не протез, а власну руку пацієнта.
23-річний Ян Баркхарт потрапив в автомобільну аварію чотири роки тому і з того часу страждав квадріплегіей - паралічем обох рук і ніг. Набути рух хоча б в одній руці йому допомогла розроблена вченими Університету штату Огайо система Neurobridge (нейроми). Вони насправді збудували «міст» між мозком і м'язами руки, оскільки природний міст - спинний мозок - виявився пошкодженим.
Нейрохірурги провели Яну операцію, в ході якої в кору його мозку - в моторний відсік, який відає рухами, - вживили найтонші мікроелектроди. Електроди підходили до тих нейронам, які забезпечують руху руки. Щоб точно визначити місце розташування електродів, мозок пацієнта досліджували за допомогою функціональної магнітно-резонансної томографії (фМРТ). Вона вказала, які області моторної кори активізуються в той час, як пацієнту демонстрували певний рух руки і він подумки намагався повторити цей рух. Зовнішні кінці електродів розміщувалися на чіпі, який закріпили на черепі.
Хоча плашка на черепі з стирчав з неї проводом, звичайно, не прикрашає чоловіка, заради можливості рухати рукою можна і потерпіти.
Потім вченим потрібно було створити мозок-комп'ютерний інтерфейс, який би міг перетворювати електричні імпульси від нейронів мозку в скорочення м'язів. Вони розробили алгоритм для перетворення нейронної активності при поданні того чи іншого руху в саме цей рух.
На м'язи руки електричні сигнали передавалися за допомогою спеціальної муфти, одягненою на передпліччя. У ній розташовувалися 200 електродів, які контактували з м'язами. Електроди стимулювали певні м'язи, отримуючи команди з мозку. М'язи скорочувалися, і рука рухалася.
Але перед тим, як навчитися рухати рукою, пацієнту потрібна була підготовка, так як за чотири роки невживання його м'язи атрофувалися. Тому спочатку протягом декількох місяців м'язам шляхом електричної стимуляції повертали працездатність.
Саме навчання вимагало від пацієнта чималому концентрації, так як потрібно було повністю зосередитися на певному русі і подумки зробити його, щоб нейрони послали на інтерфейс «мозок - комп'ютер» правильні сигнали.
Ян Баркхарт каже, що дуже задоволений результатом: тепер він може самостійно їсти, чистити зуби і т.д. Правда, він не може відчувати предмети: зворотного зв'язку пристрій не має.
Сьогодні галузь біонічних протезів розвивається дуже бурхливо, причому в різних напрямках. Створено вчинені протези рук і ніг, які отримують команди від м'язів збереглася частини кінцівки і перетворять їх в руху протеза. Бионические штучні ноги можуть підніматися по сходинках і передбачати повороти. Штучні руки здатні утримувати яйце, що не розбиваючи його, зав'язувати шнурки і здійснювати інші тонкі руху. Більш того, вченим вдалося навіть створити зворотний зв'язок, яка дозволила людині відчувати форму і текстуру предметів.
Інший напрямок - створення кінцівок, керованих від мозку за допомогою мозок-комп'ютерних інтерфейсів. Для того щоб перетворити намір руху в голові в рух штучної руки або ноги, можна використовувати електроенцефалографію (ЕЕГ). Цей метод використовував бразильський нейрофізіолог Мігель Ніколеліс.
Але для більш точного управління кінцівками доводиться реєструватися не ЕЕГ з поверхні черепа (що набагато простіше), а залазити в мозок і імплантувати туди електроди. Цей спосіб вже випробуваний на паралізованою жінці, яка навчилася керувати таким способом штучною рукою.
Залишається додати, що все перераховане відноситься до управління штучними кінцівками. Вченим ж з Університету Огайо вперше вдалося домогтися руху власної руки пацієнта.