Время киборгов: в технопарке «Сколково» разрабатывают протезы, передающие тактильные ощущения

Может ли протез стать полноценной заменой потерянных конечностей? Ученые уже научились создавать протезы с двигающимися пальцами и возможностью хватать предметы, но почувствовать обратную связь от прикосновения ― задача совсем другого порядка. Подобными исследованиями в мире занимаются всего несколько научных групп, и одна из них находится в России, в технопарке «Сколково». Команда «Научной России» побывала в компании «Моторика», где проводят инвазивные исследования по очувствлению бионических протезов и купированию фантомных болей. Подробнее ― в нашем материале!

Ученые проводят свои исследования совместно с коллегами из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Сколтеха. С помощью новых бионических протезов рук испытуемые уже могут различать жесткость и размер предметов. Ощущения передаются от предмета к протезу и затем к человеку с помощью электростимуляции нервной системы и отечественной нейромодуляционной платформы NEMO Sensitive. Технология основана на стимуляции периферической нервной системы через имплантированные электроды в конечности и спинной мозг пользователей. На текущий момент завершено уже три этапа клинических исследований, включающих в себя апробацию метода на добровольцах с разными уровнями травм рук и ног. В будущем планируется расширить выборку испытуемых, а также попробовать передать через протез новые ощущения — например, горячее или холодное.

Совместный проект стартовал в конце 2021 г., прежде чем команда была готова приступить к первому тестовому исследованию, говорят авторы проекта. Хирургические операции, реабилитацию пациентов и последующие исследования провели в Медицинском центре ДВФУ. Компания «Моторика» занималась подбором пациентов и предоставила технологическую поддержку проекта. Команда ученых из Сколтеха взяла на себя исследовательскую часть работ по проекту.

«В этом направлении работают всего несколько команд в мире, и на текущий момент готового продукта на рынке пока не существует. Большинство подобных исследований сосредоточены на считывании потенциалов с нервной системы. Мы же идем по другому пути ― по пути очувствления протезов с помощью нейростимуляции. Разница здесь заключается в том, что управление происходит с помощью считывания нейросигналов, а очувствление ― за счет стимуляции нервов. <…> Наша компания создает два вида протезов: тяговые (механические) и бионические. Тяговые полностью изготовлены из материалов отечественного производства, а бионические ― на 85–90%, за исключением электроники и микродвигателей», ― рассказал корреспонденту «Научной России» руководитель инвазивных исследований компании «Моторика» Юрий Александрович Матвиенко.

Сейчас команда готовится к четвертому этапу испытаний, где попробует улучшить детализацию различения объектов через протез руки, протестирует технологию на новых типах травм, а также изучит стабильность электродов в условиях длительного ношения протеза.

«Стать добровольцами (подать заявку на участие) могут люди от 18 лет с ампутацией на уровне кисти, предплечья и плеча. Важно наличие хронического болевого синдрома в результате ампутации верхней конечности», ― говорит Юрий Александрович Матвиенко.

Для создания протезов используют 3D-печать, графеновый силикон (для работы с сенсорными экранами), интернет вещей, smart-функции (бесконтактную оплату, мобильную связь, систему удаленного мониторинга) и управление на основе искусственного интеллекта. Над оформлением каждой руки работает собственная дизайн-студия.

Своим пользовательским опытом с корреспондентом «Научной России» поделился менеджер клиентского сервиса и амбассадор «Моторики» Максим Юрьевич Емец. После взрыва пиротехники в 2004 г. наш собеседник лишился нескольких пальцев, и сегодня бионическая рука заменяет ему настоящую, позволяя даже играть на гитаре.

«Я использую протез уже полгода и не ощущаю его как какое-то инородное тело, но в то же время не могу сказать, что чувствую его как свою настоящую руку. Протез запрограммирован на восемь жестов и управляется сжатием и разжатием кулака (к этому привыкаешь довольно быстро), позволяя вернуть утраченную функцию схвата. С помощью него человек, у которого нет руки или пальцев, может брать какие-то предметы, переносить их и т.д. Один из наших пользователей, например, с помощью двух таких протезов, как у меня, сделал полный ремонт в квартире. Другой наш клиент, используя протез, разгребал зимой снег лопатой. Сам я был приятно удивлен, когда с помощью протеза смог взять одной рукой большой кочан капусты», ― рассказал Максим Емец.

В дальнейших планах «Моторики» ― разработка собственных нейростимуляторов электродов, которые позволят не только создавать протезы с обратной связью, но и встраивать в них систему управления. В этой области уже начата работа со Сколтехом, МГУ им. М.В. Ломоносова, ДВФУ и Самарским государственным университетом.

«В исследовании очувствления протезов нам помогает известный нейробиолог профессор Михаил Альбертович Лебедев, а в управлении протезами и создании различных нейромодуляционных эффектов ― не менее известный нейробиолог, профессор МГУ Александр Яковлевич Каплан», ― рассказал Ю.А. Матвиенко.

Управление протезом должно происходить на интуитивном уровне, но существующие методики не всегда дают нужный эффект, поэтому сейчас ученые проводят пилотное тестирование новой реабилитационной платформы на базе виртуальной реальности. Для реабилитации пользователей также используется обучающая онлайн-платформа.

Компания работает с частными лицами, государственными и частными протезными предприятиями, сотрудничает c Фондом социального страхования, Министерством труда и социальной защиты РФ. За последние семь лет здесь было создано почти 6 тыс. протезов для людей с врожденными особенностями и ампутациями на уровне кисти и предплечья. Одним из главных вызовов современного протезирования остается обратная связь, отвечающая за передачу тактильных ощущений от предмета к протезу ― и к человеку. Поэтому в ближайшие годы основное внимание ученых будет по-прежнему сосредоточено на решении этой проблемы.

Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук.