Учёные из Сколтеха, Дальневосточного федерального университета и компании «Моторика» обнародовали результаты новых экспериментов по очувствлению протезов и подавлению фантомных болей у пациентов с ампутированными руками
Согласно опубликованному в журнале Brain Stimulation исследованию, двое испытуемых, получавших электростимуляцию в области плеча, смогли распознать протезом «на ощупь» размер ряда предметов и отчитались о снижении либо отсутствии фантомных болей. В современных коммерческих протезах сенсорной обратной связи нет, а подавление боли сейчас в лучшем случае реализуется путём стимуляции спинного мозга, что имеет ряд недостатков.
«При подавлении фантомных болей за счёт стимуляции через электрод, имплантированный в спинной мозг, как это делается сейчас, возникает побочный эффект в виде фонового ощущения под названием парестезия в обширной области. Сама же боль может быть локализована, допустим, только в двух пальцах фантомной руки. Наши эксперименты приближают момент, когда фантомную боль будут устранять более точечно за счёт стимуляции периферических нервов конечности», — рассказывает первый автор исследования, Гурген Согоян из Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана в Сколтехе.
По словам учёного, имплантированный в периферический нерв, а не в спинной мозг электрод также меньше подвержен естественному смещению, из-за которого со временем стимуляция начинает проецироваться не на те части тела, на которые была нацелена.
Наконец, периферическая стимуляция может одновременно с подавлением боли использоваться для очувствления протеза, то есть чтобы давать пользователю обратную связь о предметах, с которыми он взаимодействует. Именно это может помочь устранить один из главных, по мнению самих пациентов, недостаток протезов.
В статье в Brain Stimulation приводится эксперимент на основе задачи сенсорной дискриминации. Испытуемые водили стилусом по внешне однородной чёрной поверхности, в которой был закодирован невидимый рисунок: квадрат, круг или пятиугольник. При заходе в область рисунка пациент получал электрическую стимуляцию. Испытуемые угадывали форму правильно в 42–62% случаев.
«Примечательно, что в нашем эксперименте оба пациента одинаково справились с задачей как при вживлении электрода, так и при стимуляции на поверхности кожи. Это неожиданно, — прокомментировал результаты исследования Согоян. — Инвазивная стимуляция стабильнее и точнее: она создаёт ощущения в нужных областях фантомной конечности, и считается, что для передачи обратной связи лучше подходит именно она. Так вот, оказывается, что для части пациентов разницы не наблюдается».
Однако учёный отметил, что проведённый коллективом опрос пациентов всё же свидетельствует о том, что инвазивная стимуляция повышает эмбодимент — ощущение того, что протез «встроен в карту тела человека» и воспринимается как часть «киборгизированного» тела.
В другом эксперименте один участник в 78% случаев успешно различил при помощи протеза цилиндрические объекты разного размера, получая стимуляцию от электрода, вживлённого в срединный нерв в районе плеча. Интенсивность стимуляции зависела от степени сжатия пальцев протеза. Притом сам тип стимуляции был подобран так, чтобы она субъективно ощущалась именно как сжатие фантомной кисти в кулак — это было известно из ранее проведённой с тем же пациентом работы. Таким образом, ощущения возникавшие в фантомной конечности, совпадали с наблюдаемым сжатием роботической руки. Перед выполнением теста испытуемый прошёл своего рода обучение, в ходе которого сжимал протезом те же предметы, но с открытыми глазами.
Что касается эксперимента по подавлению фантомных болей, то один пациент сообщил о полном их исчезновении, а у другого уровень боли оказался снижен на 40–70% в разные дни на протяжении чуть более недели. Использовались инвазивные электроды. «Здесь интересно и неожиданно то, что стимуляция производилась с одной стороны тела, но у первого пациента боли пропали в обеих фантомных конечностях, что вновь показывает: механизм фантомной боли задействует центральную нервную систему. Известно, что у ампутантов происходит некоторая перестройка в моторной и соматосенсорной коре головного мозга — участках, ответственных за движение и осязание. Однако пока есть лишь отдельные догадки, как это связано с фантомными болями», — подытожил Согоян.
*****
Сколтех — негосударственный международный университет, который готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: искусственный интеллект и коммуникации, науки о жизни и здоровье, прорывная инженерия и передовые материалы, энергоэффективность и ESG, фотоника, перспективные исследования. Основанный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом, к 2019 году Сколтех единственный от России вошёл в первую сотню молодых университетов рейтинга Nature Index, самого престижного в сфере науки. Сайт: https://www.skoltech.ru/.
Все выпуски журнала «ЭкоГрад» в электронной версии читайте на pressa.ru,
Бумажные экземпляры спецвыпусков и книги В. Климова можно приобрести на OZON
