АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Соединяя моторную и сенсорную функции

Возможно, это прозвучит цинично, но мы обязаны колоссальному прогрессу в производстве протезов военным конфликтам – в частности, войнам в Ираке и Афганистане. Только в последние годы компании сфокусировались на производстве искусственных верхних конечностей. Ведь создать искусственные ноги для выполнения двух основных функций — бега и ходьбы — гораздо легче, чем создать высокоточные руки с широким диапазоном возможностей. С 2006 года, когда DARPA запустила новую программу по исследованию искусственных конечностей, исследователи сделали существенный прорыв в создании усложненных протезов верхних конечностей.

Трудность в создании высоко функционального протеза верхней конечности заключается в полном (или хотя бы частичном) копировании мелкой моторики рук. Чтобы достигнуть этого, требуется установить связь с областями мозга, которые он использует для передачи нервных импульсов к определенным мышечным волокнам, контролирующим предплечье, и для получения и обработки информации о давлении, положении, напряжении, импульсе, в области начиная от руки и заканчивая кистью. Все эти данные позволяют мозгу понять, сколько усилий нужно вложить в любое действие.

В здоровой конечности все эта моторика и сенсорика наряду с другими вещами создает чувство, называемое проприоцепция – осязание того, где именно находится часть тела в пространстве и отношение этой части тела к другим частям без необходимости смотреть на них. Без этого чувства выполнение таких простейших действий, как письмо ручкой, было бы практически невозможным. Спасибо сложной симфонии в работе нервной системы. Система сигналов от мозга к конечностям и обратно позволяет нам писать ручкой, нажимая с нужной силой, и делать мелкие отступы между словами, перенося ручку по воздуху.

На сегодняшний день, были разработаны роботизированные руки, которые позволяют различную косвенную регуляцию моторики. В некоторых случаях, например, повторное напряжение и расслабление мышц в культе или в груди может активировать специальный переключатель, который вызывает различные движения в протезе.
Но в идеале биоинженеры хотят создать такой протез, который присоединен к моторным нейронам и который можно контролировать с помощью этих же нейронов, которые не погибли после ампутации, а остались на краю поврежденной культи.

Использование моторных нейронов, естественно, только часть картины. Множество простых операций вызывают колоссальные сложности даже у самых передовых протезов. Все это из-за того, что протез не посылает сигналы обратно к мозгу. Ампутанты вынуждены полагаться на свое зрение, а не на естественное чувство проприоцепции в оценке того, как именно им управлять своим протезом. Даже, казалось бы, простейшая операция — застегивание пуговицы,превращается в марафон для пациента. Он сильно устает от медленных и неуклюжих движений своего протеза, затрачивая усилия на концентрацию.

Критично важно для инженеров создать «мост» между нервной системой и протезом, который будет не только воспроизводить моторные функции, но и сенсорную информацию в обе стороны от протеза к мозгу и обратно. Такой «нейро-механический мост» сделает возможной разработку протеза, который контролируется и ощущается, как настоящая рука, нашим мозгом. Наша и еще несколько лабораторий усиленно работают над практическим решением этой проблемы. И хотя мы используем разные подходы для решения этой задачи со своими преимуществами и трудностями, успех, вероятнее всего, будет достигнут сочетанием наработок каждой лаборатории и технологических инноваций.

Дата добавления: 2016-06-06 | Просмотры: 312 | Нарушение авторских прав