Активность моторной коры помогла парализованному пациенту ощутить собственную хватку

Американские ученые создали нейроинтерфейс, который позволил пациенту с травмой спинного мозга не только управлять движениями своей парализованной кисти, но и чувствовать хватку и регулировать ее силу. Слабую остаточную сенсорную чувствительность нашли в первичной моторной коре и усилили с помощью системы обратной связи. Несколько декодеров расшифровывали инфромацию от одних и тех же электродов и находили в ней либо двигательные сигналы, либо тактильную чувствительность. Статья опубликована в журнале Cell.

Травмы спинного мозга нарушают сенсомоторные связи между периферическим и центральным отделами нервной системы. В результате человек теряет способность двигаться и чувствовать свое тело. Однако исследователи обнаружили, что у половины пациентов с травмами спинного мозга часть сенсорных нервных волокон сохраняется, и чувствительность кожи слабо отражается в активности коры мозга. Этого недостаточно, чтобы человек мог сознательно почувствовать прикосновение, но слабое возбуждение можно усилить с помощью нейроинтерфейсов.

Интерфейсы «мозг-компьютер» позволяют расшифровать активность моторной коры мозга и использовать ее для управления курсором компьютера, роботизированной конечностью или даже парализованной рукой пациента. Если при этом стимулировать сенсорную кору, можно искусственно создать чувствительность, однако до сих пор сенсомоторный контроль восстановили только у искусственных рук.

Группа ученых из США под руководством Патрика Ганзера (Patrick Ganzer) из Мемориального института Баттеля пробовала восстановить сенсомоторный контроль кисти у пациента, чей спинной мозг был поврежден на уровне пятого шейного позвонка. Человек чувствовал плечо, предплечье и большой палец, но не мог самостоятельно управлять кистью.

В первичную моторную кору пациента установили электроды, к его руке подключили систему электрической стимуляции. Сигналы моторной коры запускали хватательные реакции руки. Однако человек не чувствовал результат и не мог сказать, сжимает ли его рука объект, если не видел этого.

Исследователи электрически раздражали кожу руки пациента в различных местах и следили за изменением активности первичной моторной коры. Алгоритм метода опорных векторов обучили распознавать, к какому участку руки прикоснулись, по сигналам от электродов моторной коры. Затем на бицепс (чувствительную часть руки пациента) прикрепили вибрирующую повязку. Она включалась, когда алгоритм распознавал по активности моторной коры, что рука сжала предмет, а сила вибрации соответствовала силе прикосновения.

После того, как ученые убедились, что система обратной связи помогает пациенту понять, схватил ли он предмет, ее объединили с электрической стимуляцией моторных волокон. Из активности первичной моторной коры алгоритмы одновременно выделяли намерение сжать кисть и тактильную чувствительность. Первое запускало сокращение мыщц, а вторая — вибрирующую повязку на плече пациента. В итоге человек мог не только пошевелить парализованной кистью, но и почувствовать результат.

Декодер метода опорных векторов успешно распознавал прикосновение к парализованным участкам руки по активности первичной моторной коры. Другие два декодера распознавали прикосновение к внутренней поверхности кисти и силу сжатия предмета, — когда эту информацию передавали на вибрирующую повязку, пациент чувствовал, удалось ли ему схватить предмет, а также мог управлять силой сжатия.

Мы регулярно рассказываем о последних достижениях в области нейрокомпьютерных интерфейсов. Имплантанты уже давно помогают людям управлять роботизированными конечностями. Ученые также создают чувствительность искусственной руки, подключая интерфейсы к периферическим нервам. А микростимуляция сенсорной коры возвращает чувствительность собственных конечностей.

Алиса Бахарева