Травми спинного мозку можуть призвести до паралічу нижньої частини тіла, оскільки серйозне пошкодження розриває зв’язок між головним мозком і нижньою частиною спинного мозку, навіть якщо обидва кінці цього ланцюга можуть залишатися повністю працездатними. Порушується саме зв’язок між ними, яка не дозволяє голові керувати, наприклад, ногами.
Тепер же дослідники розробили систему, яка вирішує цю проблему, точніше обходить її, і дозволяє руховій зоні кори головного мозку зв’язуватися з нижньою частиною спинного мозку «без проводів». Експерименти показали, що нова технологія дозволяє відновити практично нормальну ходу у паралізованих макак.
За останні кілька років були досягнуті великі успіхи в області відновлення рухливості ніг у людей, які страждають від травм спинного мозку. Деякі люди використовують імплантати, які стимулюють локальну нервову систему нижнього відділу хребта. Ці нерви не вимагають своєрідного вхідного сигналу від мозку, але замість цього можуть приймати «підказки» від датчика для відновлення деякого руху навіть у тих людей, які раніше не відчували тіло нижче пояса.
Друга група методів виявила інші способи передачі сигналів від мозку, які контролюють руху в обхід пошкодженого спинного мозку і безпосередньо стимулюють м’язи ніг для виконання складних завдань.
Наприклад, в 2012 році паралізована жінка отримала можливість контролювати роботизовану руку з допомогою сили думки, а в 2014 році інший пацієнт Йен Беркхарт (Ian Burkhart) відновив деякий контроль над рухами рук і ніг.Спочатку він міг виконувати лише прості задачі, тримати ложку, наприклад, але незабаром він навчився виконувати і більш складні рухи — зміг грати на гітарі у відеогрі і розмішувати собі чай.
У таких випадках набір електродів розміром з таблетку імплантується в рухову кору мозку, яка зчитує мозкові хвилі, пов’язані з рухом окремих частин тіла, і передає ці сигнали комп’ютера, який інтерпретує їх. Метод досить хороший, але проблема в тому, що ці сигнали передаються від мозку до комп’ютера за допомогою товстого кабелю, що закінчується практично на маківці людини.
Але прогрес не стоїть на місці, і тепер ця проблема вирішена. Новий метод використовує бездротовий нейросенсор для, власне, бездротової передачі сигналів, зібраних від головного чіпа, прямо на комп’ютер.
Останній декодує їх, а після відправляє назад (також без використання яких-небудь проводів) до пристрою, підключеного до нижньої частини хребта пацієнта.
Далі генератор імпульсів перетворює ці сигнали в електричні імпульси, які імітують звичайну «інструкцію», що приходить від мозку. Остання дає команди м’язам, як саме їм треба рухатися.
«Система, яку ми розробили, використовує сигнали, записані в руховій корі головного мозку. Вони викликають скоординовану електричну стимуляцію нервів у хребті, які відповідають за пересування», — розповідає один з авторів дослідження Девід Бортон (David Borton).
Але вчені не просто навчилися передавати бездротові сигнали. Дослідження дозволило їм скласти карту нейронної активності в нормальних умовах та при природному поведінці. «Якщо ми дійсно прагнемо до нейропротезированию, яка одного дня може поліпшити стан пацієнтів, то такі, які не мають обмежень технології будуть мати вирішальне значення», — додає фахівець.
Дослідники перевірили роботу системи, зробили чіпи в голови здорових мавп. Потім вони відстежували сигнали, що співвідносяться з рухами лап при звичайній прогулянці тварин. Щоб визначити, які сигнали повинні стимулювати різні частини нервової системи хребта, фахівці використовували карту спинного мозку хребта, створену раніше фахівцями з Федеральної політехнічної школи Лозанни (EPFL). Вона відзначає особливі «гарячі точки», відповідальні за контроль опорно-рухового апарату.
Далі система була випробувана на двох макаках, у яких були ушкодження у верхній частині хребта — травма, яка може призвести до паралічу. Однак, за словами дослідників, навіть при таких пошкодженнях мавпи відновили контроль над кінцівками приблизно протягом місяця (повна мобільність повернулася приблизно через три місяці).
Під час ходьби на біговій доріжці дослідники виявили, що тварини були здатні рухати пошкодженими лапами у звичайному режимі, практично так само, як і здорові макаки.
Саме по собі створення подібної системи та її випробування вже є великим кроком вперед. Між тим, дослідники відзначають, що попереду ще багато роботи до того, як її вперше можна буде випробувати на людях в якості реабілітаційної допомоги.
Дослідження було опубліковане в науковому виданні Nature. Опис роботи можна побачити на відео нижче.
Додамо, що раніше австралійці знайшли спосіб полагодити спинний мозок, а нейроинтерфейси і технологія VR допомогли паралізованим людям зробити перші кроки після травми.
