В то время как мы часто принимаем наше чувство осязания как должное, для исследователей, разрабатывающих технологии для восстановления функции конечностей у людей, парализованных из-за травмы или заболевания спинного мозга, восстановление осязания является важной частью процесса. А 23 апреля в журнале Cell группа исследователей из Баттелла и медицинского центра штата Векснер в Университете штата Огайо сообщает, что им удалось восстановить ощущение руки участника исследования с тяжелой травмой спинного мозга, используя компьютер мозга интерфейс (BCI) системы. Технология использует нейронные сигналы, которые настолько малы, что их невозможно воспринимать, и усиливают их посредством искусственной сенсорной обратной связи, отправляемой участнику, что приводит к значительному улучшению двигательной функции.
«Мы воспринимаем события, связанные с сенсорным восприятием, и повышаем их сознательное восприятие», – говорит первый автор Патрик Ганцер, главный исследователь в Battelle. «Когда мы сделали это, мы увидели несколько функциональных улучшений. Это был большой момент эврики, когда мы впервые восстановили чувство осязания участника ».
Участник этого исследования – Ян Буркхарт, 28-летний мужчина, который получил травму спинного мозга во время несчастного случая в дайвинге в 2010 году. С 2014 года Буркхарт работает со следователями над проектом под названием NeuroLife, целью которого является восстановление его функции. Правая рука. Устройство, которое они разработали, работает через систему электродов на его коже и небольшой компьютерный чип, вживленный в его моторную кору. Эта установка, которая использует провода для передачи сигналов движения от мозга к мышцам, минуя травму спинного мозга, дает Буркхарту достаточный контроль над его рукой и рукой, чтобы поднять кофейную кружку, провести кредитной картой и сыграть в Guitar Hero.
«До сих пор порой Ян чувствовал, что его рука была чужой из-за отсутствия сенсорной обратной связи», – говорит Ганзер. «У него также есть проблемы с контролем своей руки, если он не наблюдает за своими движениями внимательно. Это требует большой концентрации и делает почти невозможной простую многозадачность, такую как питье содовой во время просмотра телевизора».
Следователи обнаружили, что хотя у Буркхарта почти не было ощущений в руке, когда они стимулировали его кожу, нейронный сигнал – настолько маленький, что его мозг не мог его воспринять – все еще доходил до его мозга. Ганзер объясняет, что даже у таких людей, как Буркхарт, у которых есть то, что считается «клинически полной» травмой спинного мозга, почти всегда есть несколько пучков нервных волокон, которые остаются нетронутыми. Cell бумага объясняет , как они были в состоянии увеличить эти сигналы до уровня , когда мозг будет реагировать.
Субперцептивные сенсорные сигналы были искусственно отправлены обратно в Буркхарт с использованием тактильной обратной связи . Типичными примерами тактильной обратной связи являются вибрации от мобильного телефона или игрового контроллера, которые позволяют пользователю почувствовать, что что-то работает. Новая система позволяет субперцептивным сенсорным сигналам, исходящим от кожи Буркхарта, возвращаться в его мозг через искусственную тактильную обратную связь, которую он может воспринимать.
Достижения в системе BCI привели к трем важным улучшениям. Они позволяют Burkhart надежно обнаруживать что-либо одним касанием: в будущем это может быть использовано для поиска и захвата объекта, не видя его. Система также является первым BCI, который позволяет сразу восстановить движение и прикосновение, и эта способность испытывать улучшенное прикосновение во время движения дает ему большее чувство контроля и позволяет ему делать вещи быстрее. Наконец, эти улучшения позволяют системе BCI ощущать, какое давление нужно использовать при обращении с предметом или подборе чего-либо, например, при легком прикосновении при поднятии хрупкого предмета, например, из пенопластовой чашки, но с более прочным захватом при поднятии чего-либо тяжелого ,
Долгосрочная цель исследователей состоит в том, чтобы разработать систему BCI, которая бы работала так же дома, как и в лаборатории. Они работают над созданием рукава нового поколения, содержащего необходимые электроды и датчики, которые можно было бы легко надевать и снимать. Они также стремятся разработать систему, которой можно управлять с помощью планшета, а не компьютера, делая ее меньше и более портативной.
«Было удивительно видеть возможности сенсорной информации, исходящей от устройства, которое изначально было создано, чтобы позволить мне контролировать свою руку только в одном направлении», – говорит Буркхарт.