Будущее уже наступило: как бионические протезы меняют правила игры для людей с ампутацией

По мере того как инженерия и технологии достигали новых высот развития, ученые разработали метод соединения бионических устройств с мышечной и нервной системами посредством электрических сигналов. Наиболее распространенным методом, который можно использовать для достижения такой синергии между движениями человеческого тела и бионическими протезами, является система управления EMG, использующая обработку биосигналов для повышения управляемости кистью. Сигналы EMG используются для интерпретации интенсивности и желаемого движения, а затем применяются для управления Zeus. Эти сигналы позволяют пациенту открывать и закрывать кисть, а также изменять типы хвата и скорость, с которой работает кисть. 

Еще одним методом, который приобрел популярность, является метод целевой мышечной реиннервации; он был успешно применен в случае Джесси Салливана, бывшего электромонтажника, который потерял обе руки выше локтя в результате несчастного случая. В 2001 году Салливан перенес операцию TMR, в ходе которой нервы из ампутированных рук были перенаправлены к мышцам груди. Это позволило ему управлять парой роботизированных рук под названием DEKA Arm System. DEKA Arm System использует датчики для обнаружения электрических сигналов, поступающих от мышц груди Салливана, которые затем преобразуются в движения роботизированных рук. С помощью этой системы Салливан смог выполнять множество задач, которые раньше были невозможны при использовании традиционных протезов, например резать помидор ножом и сверлить отверстие в стене с помощью дрели.  Успех Салливана с системой DEKA Arm System продемонстрировал потенциал процедуры TMR и бионических протезов в улучшении жизни людей с ампутациями и в предоставлении им большей независимости и функциональности.   

Хотя эти два метода в целом довольно эффективны в своем подходе, им не хватает одного важнейшего для человеческого опыта элемента - осязания. И решение этой проблемы обеспечивается третьей и окончательной методологией - прямым подключением к нервам. Нервы, оставшиеся после ампутации, напрямую соединяются с имплантируемыми нейронными интерфейсами, а сенсорные сигналы принимаются нейронными электродами. Это устройство содержит датчики, которые генерируют электрические сигналы, а затем они передаются к нервам. Таким образом, пациент чувствует, будто у него есть “фантомная конечность”, которая выполняет функции ампутированного участка. Генерация ощущений с помощью искусственных датчиков прикосновения позволяет пациенту испытывать осязание и распознавать текстуру.

Будучи наиболее совершенной конструкцией в области бионических протезов, прямое подключение к нервам успешно применялось в случае Джонни Матени, человека с ампутацией, который потерял левую руку из-за рака.

В 2015 году Матени перенес революционную хирургическую операцию, в ходе которой его руку ампутировали и заменили бионической рукой, напрямую подключенной к нервам в его культяной конечности. Операцию провели исследователи из Applied Physics Laboratory Университета Джонса Хопкинса, которые разработали новую технологию под названием Modular Prosthetic Limb (APL).  Рука может выполнять широкий спектр сложных движений, таких как захват и манипулирование предметами различной формы и размеров. 

После операции Матени провел несколько месяцев, обучаясь использованию своей новой бионической руки. Он прошел целевую мышечную реиннервацию (TMR), в ходе которой нервы, ранее управлявшие мышцами его ампутированной руки, были перенаправлены к соседним мышцам, которые все еще функционировали. Это позволило ему использовать оставшиеся нервы для управления протезом. Матени смог выполнять задачи, которые ранее были невозможны при использовании традиционных протезов. Технология прямого подключения к нервам, примененная у Матени, представляет собой крупный прорыв в области бионических протезов, прокладывая путь к более совершенным протезам, которыми можно управлять интуитивно. Его история вдохновляет и показывает, что благодаря целеустремленности и развитию передовых технологий люди с инвалидностью могут достигать выдающихся результатов.

Это всего лишь одна из многих историй, которые когда-то показались бы невероятными. И теперь интеграция бионических протезов и человека ближе, чем когда-либо. Помогая людям с ампутациями вернуть утраченные возможности, бионические конечности являются предвестниками надежды: свидетельством стойкости и инновационного духа человека.

{{cta('88b1c064-ec1f-40e3-bc65-4a3e7aecd402')}}