Ученые использовали датчики давления и положения колена в протезе ноги. Эксперимент показал, что люди, использовавшие такой протез, чувствуют себя увереннее, ходят быстрее и меньше страдают от фантомных болей. Исследование опубликовано в журнале Nature Medicine.
Чтобы пользователь протеза мог чувствовать себя увереннее и лучше справлялся с протезом, он должен чувствовать протез. Прежде уже проводился эксперимент, в котором датчики протеза руки присоединяли к нервам в культе. Пациенты получали сигналы, которые интерпретировали как ощущение от прикосновений. Большинство методов восстановления обратной связи проводилось в случаях ампутации ноги ниже колена, но преимущества нервной стимуляции в случае ампутации ноги вместе с коленом пока пристально не изучались.
Станиса Распопович (Stanisa Raspopovic) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и ее коллеги из Сербии, Германии и Исландии создали и испытали систему обратной связи для протеза ноги с коленом. В испытании приняли участие двое мужчин, лишившихся ноги.
Ученые использовали серийно выпускаемый протез, но улучшили его, добавив три датчика давления в стельку, изготовленную специально для протеза и прикрепленную к его нижней части. Еще один датчик установили в колено, чтобы считывать сгибание колена. Датчики присоединили через внешний контроллер электродами к большеберцовому нерву, оставшемуся в ноге после ампутации. После процедуры по вживлению электродов ученые наблюдали за испытуемыми три месяца.
Сначала испытания проводили в помещении. Участники, по их собственным словам, чувствовали в протезах ощущения, очень похожие на ощущения из здоровой ноги — давление, касания и вибрацию. Участники говорили, что с таким протезом чувствуют себя увереннее, чем с обычным, без обратной связи.
Чтобы проверить, насколько увереннее испытуемые пользуются протезом, ученые провели опыты на открытом воздухе. В эксперименте нужно было просто ходить по площадке, покрытой песком, огибая вешки. Сначала без обратной связи, а затем с включенной обратной связью. Оказалось, что ощущая протез люди ходили по площадке на 0,2 — 0,3 км/ч быстрее, чем не ощущая. К тому же, по словам испытуемых, ходя на протезе с обратной связью, они меньше уставали и меньше думали о самом процессе ходьбы.
Ученые замерили потребление кислорода, и оказалось, что оно меньше, когда человек ходит на протезе, который чувствует. Это важно, потому что у людей, лишившихся ноги, риск смерти из-за сердечно-сосудистых заболеваний в 2,2 раза выше, чем у здоровых людей. Если протез с обратной связью позволяет дышать менее интенсивно, значит нагрузка на дыхательную систему и сердце будет меньше, а это может снизить риск проблем с сердцем, считают ученые.
В ходе испытаний участники отчитывались о фантомных болях, которые мучили их и до исследования. Оказалось, что после начала эксперимента интенсивность боли уменьшились примерно на 80 процентов, а один из участников сообщил, что боли полностью прошли через месяц использования модернизированного протеза.
В будущем, как считают авторы работы, нужно будет провести более продолжительные исследования и с большим количеством участников. А еще разработать систему, которая бы полностью была имплантирована под кожу, чтобы не нужно было использовать внешние кабели.
Ранее мы писали о том, как ученым из США удалось создать протез ноги, который приспосабливается к особенностям походки своего владельца. На обучение протеза уходит всего 10 минут.
Максим Абдулаев