Нейропротез нового покоління відновив рухи та чутливість руки у людини з повною тетраплегією

Нова технологія поєднала інтерфейс «мозок — комп'ютер», стимуляцію спинного мозку та алгоритми штучного інтелекту, дозволивши пацієнту не лише керувати власною рукою, а й частково відновити втрачену чутливість.

Травма спинного мозку залишається однією з провідних причин стійкої інвалідизації у світі. Для людей із тетраплегією втрата функції верхніх кінцівок означає не лише неможливість виконувати повсякденні дії, а й повну залежність від сторонньої допомоги.

Саме тому відновлення рухів рук уже багато років визначається пацієнтами як найважливіша ціль реабілітації — навіть важливіша за відновлення ходьби.

У журналі Nature Medicine опубліковано результати першого клінічного випробування системи Dual Neural Bypass (подвійне нейронне шунтування) — інноваційної нейропротезної технології, яка вперше дозволила поєднати миттєве керування власною рукою пацієнта з довготривалим відновленням сенсомоторних функцій.

Чому це дослідження привернуло таку увагу?

За останні роки було створено чимало систем «мозок — комп'ютер», які дозволяли людям із паралічем керувати роботизованими руками або активувати власні м'язи за допомогою електростимуляції.

Однак майже всі вони працювали лише як допоміжні пристрої. Вони відновлювали рух лише під час використання системи та практично не впливали на процеси відновлення нервової системи.

Крім того, більшість попередніх нейропротезів не забезпечували сенсорного зворотного зв'язку. Людина могла виконувати рух, але не відчувала предмет, який тримала в руці.

Нова система була розроблена саме для вирішення цих проблем. Її метою стало не тільки виконання руху, а й стимуляція нейропластичності — здатності нервової системи формувати нові функціональні зв'язки після тяжкого ушкодження.

Як працює система подвійного нейронного шунтування?

Розроблена система поєднує відразу кілька сучасних технологій.

До її складу входять:

• імплантовані мікроелектроди у моторній та соматосенсорній корі головного мозку;
• двонаправлений інтерфейс «мозок — комп'ютер»;
• транскутанна стимуляція шийного відділу спинного мозку;
• електростимуляція м'язів верхньої кінцівки;
• сенсорний зворотний зв'язок;
• алгоритми штучного інтелекту та глибокого навчання.

Система безперервно аналізує активність кори головного мозку, визначає намір людини виконати певний рух та практично миттєво передає відповідні сигнали до стимулятора, який активує необхідні м'язи.

Одночасно сенсори, розташовані на руці, передають інформацію про дотик назад до кори головного мозку, створюючи природніший сенсомоторний цикл.

Клінічний випадок

У дослідженні взяв участь 42-річний чоловік із повною сенсорно-моторною тетраплегією рівня C4/C5 після травми шийного відділу спинного мозку, отриманої під час пірнання.

На момент включення в дослідження він не міг:

• піднімати руки до обличчя;
• довільно рухати кистями;
• тримати предмети;
• відчувати дотик у ділянці кисті та зап'ястя.

Фактично пацієнт був повністю залежним від сторонньої допомоги під час виконання більшості повсякденних дій.

Яких результатів вдалося досягти?

Після використання системи автори зафіксували як негайні, так і довготривалі клінічні покращення.

Насамперед суттєво покращилася функція проксимальних відділів верхніх кінцівок.

Пацієнт навчився:

• самостійно підносити руку до обличчя;
• користуватися чашкою;
• приймати їжу без сторонньої допомоги;
• виконувати точні рухи кистю;
• взаємодіяти з різними предметами.

При цьому частина покращень зберігалася навіть після вимкнення стимуляції, що свідчить про формування нових функціональних нейронних зв'язків.

Найбільш вражаючим стало відновлення чутливості

Більшість сучасних нейропротезів дозволяють виконувати рухи, але практично не повертають відчуття дотику.

У цьому дослідженні ситуація була іншою.

Після курсу структурованої стимуляції пацієнт почав:

• відчувати дотик до зап'ястя;
• правильно визначати місце контакту;
• розпізнавати силу натискання;
• взаємодіяти з предметами, використовуючи тактильну інформацію.

Сам пацієнт повідомив, що вперше після травми зміг погладити свого собаку та відчути шерсть на правому зап'ясті.

Для авторів це стало одним із найважливіших підтверджень того, що система не лише забезпечує тимчасову стимуляцію, а й сприяє функціональному відновленню сенсорної системи.

Штучний інтелект навчився контролювати силу захоплення

Окремим компонентом дослідження стало використання алгоритмів глибокого навчання.

Вони аналізували сигнали кори головного мозку, визначали намір руху та автоматично регулювали силу стискання залежно від предмета.

Завдяки цьому пацієнт зміг утримувати не лише звичайні предмети, а й дуже крихкі об'єкти.

Для демонстрації точності роботи системи дослідники використали порожню шкаралупу курячого яйця.

Пацієнт успішно захоплював її та переносив, не пошкодивши оболонку, що свідчило про надзвичайно точний контроль сили стискання.

Перегляньте запис:

Чому це може змінити підхід до реабілітації?

На думку авторів, головна перевага системи полягає у поєднанні допоміжної та терапевтичної функцій.

Поки система працює, вона дозволяє людині виконувати рухи.

Водночас структурована стимуляція головного та спинного мозку активує процеси нейропластичності, завдяки чому частина функцій поступово відновлюється навіть без активної роботи нейропротеза.

Саме це принципово відрізняє Dual Neural Bypass від більшості існуючих нейроінтерфейсів.

Обмеження дослідження

Попри надзвичайно перспективні результати, автори наголошують, що наразі йдеться лише про перший клінічний досвід використання системи.

Основними обмеженнями залишаються:

• дослідження проведене лише в одного учасника;
• необхідність хірургічної імплантації електродів;
• складність технології;
• відсутність довгострокових даних щодо її широкого клінічного застосування.

Для підтвердження ефективності потрібні масштабні багатоцентрові дослідження.

Практичне значення

Опубліковані результати демонструють, що навіть після повної травми спинного мозку можливо досягти не лише часткового відновлення рухів, а й повернення окремих сенсорних функцій.

Поєднання інтерфейсу «мозок — комп'ютер», стимуляції спинного мозку, електростимуляції м'язів та алгоритмів штучного інтелекту відкриває новий напрямок розвитку нейрореабілітації.

Хоча технологія поки що перебуває на етапі клінічних досліджень, вона вже сьогодні демонструє потенціал змінити підходи до лікування пацієнтів із тяжкими травмами спинного мозку та іншими неврологічними захворюваннями, що супроводжуються паралічем.

ДЖЕРЕЛО: Nature Medicine

На платформі Accemedin багато цікавого! Аби не пропустити — підписуйтесь на наші сторінки! Facebook. Telegram. Viber. Instagram.