Возвращение чувств
Технология, делающая возможным полноценное нейропротезирование
В Дальневосточном федеральном университете (ДВФУ) в партнерстве с учеными Сколтеха провели эксперимент по снятию фантомных болей и очувствлению протеза при помощи электродов. Эту методику можно использовать не только для ампутированных конечностей, но и для реабилитации больных детским церебральным параличом и нейродегенеративными заболеваниями.
Фото: Александр Миридонов, Коммерсантъ
Фото: Александр Миридонов, Коммерсантъ
Участвовать в эксперименте пригласили двух пациентов с ампутированными кистями обеих рук, ощущавших нейропатическую (фантомную) боль. Один из них пользовался протезом, другой — нет. Их выбрали из 20 желающих, заполнивших анкеты на сайте компании «Моторика», которая разрабатывает и производит роботизированные и бионические протезы рук для детей и взрослых. Операцию провел молодой, талантливый хирург Артур Биктимиров. Эксперимент проходил в медицинском центре ДВФУ и длился десять дней. Все это время пациенты находились в стационаре под постоянным наблюдением. В эксперименте врачи и ученые ставили перед собой цель не только купировать боль, но и очувствить протез, то есть помочь человеку ощутить прикосновение к предметам, почувствовать их форму и размер.
Когда руку ампутируют, нерв остается. В него можно имплантировать электрод — это разрешенная медицинская процедура. В эксперименте дальневосточных ученых использовались микроэлектроды американско-ирландской компании Medtronic — одного из крупнейших производителей медицинского оборудования. Они лицензированы, разрешены к использованию. К электродам были подключены провода, которые выходили из руки, а к проводам — стимулятор, медицинский прибор размером с ноутбук. Стимуляция нерва осуществлялась электрическими импульсами с небольшой силой тока. При стимуляции у пациентов уходила фантомная боль и возникали забытые ощущения осязания. Благодаря изменению параметров импульса ощущения можно было менять. Одна из задач исследования заключалась в том, чтобы подобрать наилучшие параметры, которые сделали бы эти ощущения максимально естественными.
«Это уже полноценное нейропротезирование — стимуляция нервов при помощи электрических импульсов через установленный в организме имплантат. Самое простое — включить стимулятор и непрерывно стимулировать. На примере участника без протеза было показано, что даже это убирает фантомную боль,— рассказывает Михаил Лебедев, профессор, руководитель центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха.— В случае с протезом мы добавляем искусственные рецепторы давления, установленные на кончиках пальцев протеза, сигналы с которых переводятся в частоту стимуляции, подведенной к нервам. Когда пациент пальцем протеза давит на какую-то поверхность, протез это чувствует. С датчика подается сигнал на компьютер, который управляет стимулятором, и, если пациент сильно надавил пальцем протеза, он получает стимуляцию с большей частотой, если слабо — с меньшей. При этом он чувствует силу давления. Таким образом мы очувствляем этого человека, и каждый раз, когда он что-то трогает, происходит стимуляция нерва, он испытывает ощущения и, соответственно, обретает осязание».
Человек берет предмет — сигнал поступает на электрод и стимулирует нерв. В результате человек чувствует, что схватил предмет. А без электрода он может только зрением контролировать работу протеза. И силу захвата без электрода тоже не может определить. Это очень неудобно, потому что невозможно ни на что другое отвлечься, к тому же нет нормального ощущения осязания. «Мы создали искусственное осязание,— подчеркивает Михаил Лебедев.— Оба пациента испытали удовлетворение от того, что фантомная боль снизилась в одном случае на 70%, в другом — на все 100% и что они действительно начали чувствовать руки».
Перемещаться и тем более жить полноценной жизнью с таким электродом пока нельзя, но уже в ближайшем будущем ученые Сколтеха и инженеры «Моторики», работающие в партнерстве, рассчитывают создать автономный протез «Новая рука» на основе имплантированной системы. Проводить научные исследования такого протеза им помогает грант Российского научного фонда. Предполагается, что имплантированный электрод будет выглядеть как микрочип размером 1–2 см, чтобы в него можно было поставить аккумулятор, заряжаемый бесконтактным способом. Возможно, таких микрочипов будет несколько, чтобы дать пациенту разнообразие впечатлений. Имплантированная система сможет общаться с внешними компьютерами через Wi-Fi или с помощью других способов беспроводного общения. Информация будет передаваться извне в виде радиоволн. С помощью электроэнцефалограммы специалисты будут получать объективную информацию о состоянии пациента и, соответственно, добавлять или убирать стимуляцию. Пациент при этом тоже не будет пассивен: если он почувствует боль, то сможет сам подстроить систему. Конечно, вся имплантированная система должна быть лицензирована и иметь соответствующие разрешения Росздравнадзора.
Когда такая система будет создана, получить ее сможет любой нуждающийся, кому она подходит по медицинским показаниям. В первую очередь человек с ампутацией, который испытывает фантомную боль.
Такую систему можно будет использовать также при болезни Паркинсона, эпилепсии, ДЦП. «Болезнь Паркинсона, например, связана с тем, что в определенных областях мозга возникает патологическая ритмическая активность,— объясняет Михаил Лебедев.— Ее можно убрать за счет стимуляции. Сейчас основной подход заключается в том, чтобы электрод поместить в мозг на глубину примерно 15 см и стимулировать субталамическое ядро. Но можно стимулировать, например, периферические сенсорные волокна. Периферия — это все, что находится вне головного и спинного мозга. Такой подход проще, чем глубинная стимуляция мозга, и может оказаться более действенным. Можно стимулировать сами нервы, а можно дорсальные корешки — пучки нервов, направляющиеся в спинной мозг. И такое уже делается».