Чтобы добиться этого, исследователи разработали способ приручить нервные окончания темперамента, разделить толстые нервные пучки на более мелкие волокна, которые обеспечивают более точный контроль, и усилить сигналы, проходящие через эти нервы. Подход включает в себя крошечные мышечные трансплантаты и алгоритмы машинного обучения, заимствованные из области интерфейса мозг-машина.
«Это самый большой прогресс в управлении моторикой людей с ампутациями за многие годы», – сказал Пол Седерна, доцент кафедры пластической хирургии в Медицинской школе Университета Роберта Онила, а также профессор биомедицинской инженерии.
«Мы разработали методику, позволяющую индивидуально управлять протезами пальцами, используя нервы остаточной конечности пациента.

С его помощью мы смогли обеспечить одни из самых передовых средств протезирования, которые когда-либо видел мир."
Седерна возглавляет исследование вместе с Синди Честек, доцентом кафедры биомедицинской инженерии Инженерного колледжа UM. В статье, опубликованной 4 марта в Science Translational Medicine, они описывают результаты с четырьмя участниками исследования, использующими руку Mobius Bionics LUKE.

Интуитивное управление протезом работает с первого раза
"Вы можете заставить протез руки делать много чего, но это не значит, что человек интуитивно управляет ею. Разница в том, что он работает с первой попытки, просто подумав об этом, и это то, что предлагает наш подход », – сказал Честек. "Это сработало с первого раза, когда мы попробовали. Для участников нет обучения. Все обучение происходит в наших алгоритмах.

Это отличается от других подходов."

Хотя участникам исследования еще не разрешили забирать руку домой, в лаборатории они смогли подбирать блоки клещами; двигайте большим пальцем в непрерывном движении, вместо того, чтобы выбирать одно из двух положений; поднимать предметы сферической формы; и даже играть в версию "Камень, ножницы, бумага" под названием "Камень, бумага, плоскогубцы".
«Как будто у тебя снова есть рука», – сказал участник исследования Джо Гамильтон, потерявший руку в результате взрыва фейерверка в 2013 году. "Вы можете сделать практически все, что можете сделать с настоящей рукой с этой рукой.

Это возвращает вас к чувству нормальной жизни."
Превращение крошечного мышечного трансплантата в усилитель нервного сигнала

Одно из самых больших препятствий при протезировании с контролем разума – получение сильного и стабильного нервного сигнала для питания бионической конечности. Некоторые исследовательские группы, работающие в области интерфейса мозг-машина, дошли до первоисточника – мозга. Это необходимо при работе с парализованными людьми. Но это инвазивно и сопряжено с высоким риском.

Для людей с ампутациями периферические нервы – сеть, исходящая из головного и спинного мозга – были интересны, но они еще не привели к долгосрочному решению по нескольким причинам: нервные сигналы, которые они несут маленькие. И другие подходы к улавливанию этих сигналов включали зонды, которые подслушивали насильно.

Эти «гвозди в нервах», как иногда их называют исследователи, приводят к образованию рубцовой ткани, которая со временем сбивает и без того слабый сигнал.

Команда U-M придумала лучший способ.

Они обернули крошечные мышечные трансплантаты вокруг нервных окончаний в руках участников. Эти «регенеративные интерфейсы периферических нервов» или RPNI предлагают перерезанным нервам новую ткань, за которую можно закрепиться.

Это предотвращает рост нервных масс, называемых невриномами, которые приводят к фантомной боли в конечностях. И это дает нервы мегафон.

Мышечные трансплантаты усиливают нервные сигналы. Двум пациентам были имплантированы электроды в мышечные трансплантаты, и электроды могли записывать эти нервные сигналы и передавать их протезу руки в режиме реального времени.
«Насколько мне известно, мы наблюдали самое большое напряжение, зарегистрированное на нерве, по сравнению со всеми предыдущими результатами», – сказал Честек. «В предыдущих подходах вы могли получить 5 или 50 микровольт – очень-очень слабые сигналы.

Мы впервые увидели милливольтные сигналы.
"Итак, теперь мы можем получить доступ к сигналам, связанным с индивидуальным движением большого пальца, движением большого пальца с разной степенью свободы, отдельными пальцами. Это открывает совершенно новый мир для людей, пользующихся протезами верхних конечностей."

И их интерфейс просуществовал уже годы. Другие разлагаются в течение нескольких месяцев из-за рубцовой ткани.
Будущее исследований и индустрии в области протезирования

Результаты также открывают новые возможности для этой области, сказал Честек, который специализируется на алгоритмах машинного обучения в реальном времени для преобразования нейронных сигналов в намерение движения.
«Мы обнаружили, что теперь нервные сигналы достаточно хороши, чтобы применить весь мир вещей, которые мы узнали в алгоритмах управления мозгом, для управления нервом», – сказала она.
Подход генерирует сигналы для более тонких движений, чем те, на которые способны сегодняшние протезы рук.

"Другие исследовательские группы тоже внесли свой вклад в это, но мы значительно расширили возможности протезов рук, которые доступны в настоящее время. Я думаю, что это сильная мотивация для дальнейших разработок компаний-производителей протезов рук ", – сказал Филип Ву, научный сотрудник в области биомедицинской инженерии и первый автор статьи.
Клинические испытания продолжаются. Команда ищет участников.

«Очень часто то, что мы делаем в исследовательской лаборатории, дополняет наши знания в этой области, но у вас никогда не будет возможности увидеть, как это влияет на человека», – сказал Седерна. "Когда вы можете сидеть и смотреть, как один человек с протезом делает что-то, что было немыслимо 10 лет назад, это так приятно. Я так рада за наших участников и еще больше рада за всех людей в будущем, что это поможет."
Честек добавил: «Отсюда будет много пути, но мы не собираемся прекращать работу над этим, пока не сможем полностью восстановить работоспособные движения рук. Это мечта о нейропротезировании."

Видео: https: // www.YouTube.com / watch?time_continue = 114 & v = PoKcRtDmKJw & feature = emb_logo
Документ озаглавлен: «Интерфейс регенеративного периферического нерва позволяет в реальном времени управлять протезом руки у людей с ампутированными конечностями."Исследование финансируется DARPA и Национальными институтами здравоохранения.