Поражение верхних отделов спинного мозга (чаще всего при травме шейного отела позвоночника) и связанное с ним нарушение движений в руках значительно ограничивает жизнедеятельность человека. Решение этой проблемы, похоже, удалось найти специалистам медицинской школы Фейнберга Северо-западного университета (Чикаго, США). Ими была разработана технология, которая позволяет обойти пораженные участки спинного мозга с помощью имплантируемых нейропротезов и восстановить движения в руках. Результаты исследования были опубликованы 18 апреля в журнале «Nature».
В настоящее время уже существуют методики, позволяющие пациентам с тетраплегией выполнять некоторые движения руками с помощью элеткростимуляции мышц верхних конечностей. Однако объем таких движений очень ограничен (как правило, одним-двумя движениями) и для практического применения эти методики малопригодны.
Специалисты медицинской школы Фейнберга Северо-западного университета пошли другим путем. Они разработали технологию, основанную на внедрении в моторную кору головного мозга нейропротеза, который «считывает» информацию с нее и с помощью использования метода функциональной электростимуляции (ФЭС) передает ее непосредственно на мышцы, минуя спинной мозг. При этом работа системы ФЭС контролируется импульсами, передаваемыми из моторной коры головного мозга имплантированными в нее микроэлектродами. «Мы подслушали электрические сигналы из головного мозга, которые передаются к мышцам верхних конечностей и приводят к их сокращению, тем самым позволяя выполнять те или иные движения», – говорит Ли Миллер, профессор физиологии, физиотерапии и реабилитации Северо-западного университета и руководитель данного исследования, – «это соединение от головного мозга к мышцам однажды можно будет использовать для того, чтобы помочь пациентам, парализованным вследствие травмы спинного мозга, восстановить движение в руках и добиться большей независимости».
Исследование проводилось на обезьянах, которым в головной мозг были имплантирован массив микроэлектродов, с помощью которых записывались сигналы около 100 нейронов моторной коры головного мозга, ответственных за те или иные движения в верхней конечности. Эти электроды фактически выполняли роль интерфейса между головным мозгом и компьютером. Сделанные записи позволили исследователям с помощью специального программного обеспечения разработать алгоритм для обработки нервных импульсов из головного мозга и предсказать закономерности возникновения мышечной активности, т.е. был создан своеобразный декодер для обработки нервных импульсов из головного мозга.
Обработанные сигналы передавались очень быстро – менее чем за 40 миллисекунд. «Мы можем извлечь информацию только из 100 нейронов, хотя существуют миллионы нейронов, участвующих в создании этого движения», – объясняет Миллер, – «одной из причин является то, что это именно те нейроны, которые обычно посылают сигналы к мышцам. Множество других нейронов делает расчеты, в которых мозг нуждается для того, чтобы контролировать движение. Мы фактически использовали конечный результат всех этих расчетов».
Затем у подопытных животных были смоделированы последствия паралича, вызванного травмой спинного мозга на уровне пятого или шестого шейных позвонков с применением местной анестезии, с помощью которой была заблокирована иннервация срединного и локтевого нервов в области локтевого сустава. Используя эти записи, удалось вернуть контроль над парализованными мышцами и обезьяны выполняли те же движения, что и до моделирования паралича.
Движения, конечно же, были не идеальными, т.к. некоторые сигналы были потеряны при декодировании, однако ученые считают, что точность этих движений со временем улучшится как, например, оттачивается точность при обучении танцам, профессиональной деятельности, занятиях спортом и т.п. «Движения в руках не было идеальным», – говорит Миллер, – «но существует процесс обучения, позволяющий улучшать их точность и координированность, когда, например, вы учитесь пользоваться компьютерной мышью или играть в теннис. Вариантов движений в руках очень много и человек не знаком с ними изначально, а обучается некоторым из них в процессе своей жизнедеятельности».
Конечно же, о практическом использовании этой технологии речь еще не идет, этому должны предшествовать серьезные клинические испытания, однако сам факт подтверждения возможности обойти пораженные участки спинного мозга и передать сигнал от головного мозга непосредственно к мышцам имеет огромное значение. Это достижение является важным шагом вперед на пути к восстановлению функций верхних конечностей с помощью контролируемой функциональной электростимуляции при травмах и заболеваниях верхних отделов спинного мозга.
Использованы материалы журнала «Nature», Future of Tech, medGadget и официального веб-сайта Северо-западного университета
dislife.ru
