Пациентам с повреждением спинного мозга можно вернуть осязание
Исследователи создали прямой нейронный интерфейс (BCI — brain-computer interface), чтобы одновременно реанимировать как двигательную функцию, так и осязание пораженной из-за паралича зоны.
Отсутствие чувствительности является дополнительным бременем у людей с параличом, которое наука до сих пор была не в силах исправить.
Впервые группа ученых и врачей из Battelle и The Ohio State University Wexner Medical Center продемонстрировали, что человек с повреждением спинного мозга (SCI) может использовать прямой нейронный интерфейс, чтобы реанимировать как моторную функцию, так и чувство осязания, используя остаточную сенсорную связь своей руки. Результаты исследования были представлены в научном журнале Cell.
Прорыв произошел из-за анализа данных, собранных от участника исследования NeuroLife, Яна Буркхарта, который получил травму спинного мозга в 2010 году, когда он занимался дайвингом, и теперь живет с параличом рук и ног. «Когда чип был установлен Яну на поверхность моторной коры в 2014 году, было неизвестно, что сигналы, связанные с прикосновением к объекту, могут поступать в мозг», — говорит ведущий автор и главный исследователь из Battelle Principal Патрик Ганцер. «Кроме того, у Яна было очень серьезное повреждение спинного мозга, которое должно было полностью блокировать его сигнал при касании».
Тем не менее, анализ показал, что субперцептивное прикосновение после травмы спинного мозга влияет на моторную кору Яна несмотря на то, что сигнал блокируется как от нервов рук, так и по пути к мозгу. Важно, что этот субперцептивный сигнал можно обнаружить в мозге, перенаправить через прямой нейронный интерфейс, а оттуда — обратно в тактильную систему, чтобы восстановить чувство осязания. «Было так удивительно видеть возможности сенсорной информации, исходящей от устройства, которое изначально было создано, чтобы позволять мне двигать рукой в одном направлении», — сказал Буркхарт.
Медицинские технологии, подобные этим, которые обеспечивают как движение, так и чувствительность, могут сделать пациентов с такими поражениями более независимыми. «Мы сделали важный шаг в улучшении качества жизни пациентов с травмой спинного мозга. Наша система поможет людям стать более цельными и не зависеть от тех, кто за ними ухаживает», — сказал Джастин Санчес, технический специалист Battelle Life Sciences.
В настоящее время команда Battelle NeuroLife работает над созданием системы BCI для людей с тетраплегией, которая учитывает потребности пользователей, используя знания, полученные в ходе пятилетнего клинического исследования. Цель состоит в том, чтобы предоставить этим людям технологические возможности для улучшения качества их жизни.
«Эта работа представляет собой важную веху в развитии прямого нейронного интерфейса для восстановления функций рук после повреждения спинного мозга», — сказал Дуглас Вебер, со- исследователь и доцент кафедры биоинженерии в Университете Питтсбурга. «Ян продемонстрировал, что с помощью интерфейса «мозг-компьютер» он может лучше управлять своей рукой».
Доктор Кит Тэнси, профессор нейрохирургии и нейробиологии в медицинском центре Университета Миссисипи и бывший президент Американского общества специалистов в области травмы спинного мозга, сказал, что эта работа важна как для людей с повреждением спинного мозга, так и для тех, кто о них заботится. «В этом отчете авторы использовали редко оцениваемый аспект повреждения спинного мозга, чтобы обеспечить важное продвижение в неврологическом функционировании с использованием прямого нейронного интерфейса. Представление о том, что клиническая картина при повреждении спинного мозга очень часто нейрофизиологически «неполна», позволяет понять, что активность в остаточной нервной цепи, в частности, восходящих путях, может быть обнаружена и использована как для улучшения двигательной функции, так и для восстановления чувствительности ниже уровня травмы».
Другие важные выводы исследования:
• Что касается осязания, то Буркхарт не может чувствовать прикосновения к маленьким предметам, таким как карандаш, например, и, по существу, угадывает, если касается более крупных объектов. Чтобы надежно обнаруживать субперцептуальное активное прикосновение (используя ИИ / машинное обучение), компьютер может быть специально обучен. Когда компьютер определяет субперцептивное активное прикосновение, он вызывает тактильную обратную связь на коже, которую может чувствовать Ян.
• Во время работы прямого нейронного интерфейса в реальном времени сигналы от касания и движения могут быть надежно разделены. Используя эту возможность, Буркхарт может одновременно управлять несколькими устройствами с помощью своего мозга, используя канал обратной связи, что в свою очередь приводит к увеличению скорости системы прямого нейронного интерфейса и улучшению функций верхней конечности.
• Сигналы от прикосновений также могут использоваться для автоматического контроля интенсивности захвата (чтобы хрупкие предметы не разбивались, а тяжелые предметы захватывались соответствующим образом). Это позволяет Буркхарту выполнять множество манипуляций без постоянного контроля и обдумывания каждого движения.
Источник: https://www.odtmag.com/contents/view_breaking-news/2020-06-25/sense-of-touch-can- be-returned-to-spinal-cord-injury-victims/48595
