Американські науковці створили штучну руку, яка здатна відчувати
Торік команда нейробіологів і інженерів з Піттсбурга створила першу роботичних руку, яка управляється безпосередньо з мозку паралізованої людини. З такими протезами тільки одна проблема - вони можуть дещо робити, але абсолютно нічого не відчувають.
Натомість, ученим з Університету Чикаго, вдалося налагодити зворотний зв'язок - від штучних сенсорів до мозку, точніше, до тих ділянок, які відповідають за сприйняття відчуттів в пальцях рук. Результати цього складного , але вкрай витонченого експерименту опубліковані у випуску наукового журналу Proceedings of National Academy of Science.
ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: Нобелівську премію з медицини отримали троє вчених за дослідження клітин
Щоб за допомогою слабких електричних імпульсів стимулювати потрібні зони мозку, нейробіологи вживили лабораторним макакам матриці з десятками мікроелектродів і навчили тварин певним чином реагувати на стимули.
"На це у нас пішло кілька місяців, - розповів доцент Університету Чикаго Сліман Бензмая. - Спочатку ми вчили тварин розрізняти легкі стусани в різних частинах долоні, а потім частину цих стусанів замінили електростімуляцією відповідних зон. Це виявилося можливо, причому з точністю до окремого пальця, стимулюючи конкретну зону мікрострумами, ми створювали у макаки відчуття, що вона доторкається пальцем предмета".
У мозку і тварин, і людини є докладна карта всього тіла, і не одна. Кожний дотик передає сигнал в певну точку кори мозку, туди, де знаходиться представництво порушеного ділянки шкіри. Саме туди чиказькі нейробіологи і вживили електроди. Більше того, експериментуючи з силою і локалізацією стимулів, автори навчилися передавати в мозок тварини три типи інформації: в якому місці торкнулися його долоні, як сильно і як довго тривало дотик.
ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: Вчені з Данії визначили, як правильно лікуватися антибіотиками
"Легкі дотики викликають в мозку збудження невеликої кількості нервових клітин, а більш сильні активують більше нейронів, - говорить Бензмая. - Збільшуючи силу електричного імпульсу, ми домагалися більшого збудження, тобто у тварини виникало відчуття сильнішого дотику. У другій серії експериментів ми тренували тварин розрізняти силу натиснення в певній точці".
На основі всіх зібраних даних автори побудували математичну функцію, в якій пов'язували електричні стимули з механічними стимулами відповідної сили. Тобто з цієї функції можна було розрахувати, який струм в яку частину мозку потрібно подати, щоб у макаки виникло певне відчуття. Щоб довести, що все це працює, автори спочатку навчили макаку реагувати на стусан у певний палець, а потім замість мавпячого власного пальця вони стимулювали штучний палець, забезпечений сенсором. І ось тут найцікавіше: тварина реагувалa на дотик до штучного пальцю точно так само, як до свого власного.
ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: 10 фантастичних досягнень у медицині
Є кілька технічних складнощів, які ускладнюють застосування цієї моделі на людях. По-перше, феноменальна спритність рук людини пов'язана з набагато більш розвиненою соматосенсорній корою мозку, ніж у макак.
"Представництво кожного пальця у людини в мозку раз на сім більше, ніж у макак, - говорить Бензмая. - З урахуванням сучасних матриць мікроелектродів, які можна імплантувати в мозок, теоретично, можна домогтися чутливості у десяти різних точках на кожному пальці. Але, швидше за все, ми можемо досягти тільки розрізнення відчуттів на кінчику одного пальця від іншого".
Єдина серйозна перешкода для застосування на людях, це недосконалість мікроелектродних матриць, які потрібно імплантувати в мозок. Для їх встановлення потрібно відкрити череп, закріпити електроди. До того ж у імплантованих електродів обмежений термін роботи, максимум близько п'яти років, оскільки жива тканина так чи інакше реагує на стороннє тіло.
ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: Ізраїльські вчені кажуть, що здійснили прорив у створенні електронної шкіри
"Створити щось більш зручне, бездротове і щоб воно працювало десятки років, мені здається, найскладніша технічна задача, - говорить Бензмая. - Коли це завдання буде вирішено, я не можу сказати. Я ненавиджу міркувати про те, коли ця технологія стане широко застосовуватися. Проте можу сказати, що для клінічних випробувань на людях вже багато чого готове".
За матеріалами: Slon.Ru
