Бионические роботизированные протезы/ИНЭУМ

Используя последние достижения в области компьютерных технологий, материаловедения, робототехники, нейрофизиологии, нейропсихологии и нейрореабилитации ПАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука» планирует запуск серийного производства передовых отечественных бионических роботизированных протезов (работа выполнена в рамках ФЦП «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности Российской Федерации на период до 2020 года и дальнейшую перспективу»).

Медицинский соисполнитель ФБГУ «Приволжский федеральный медицинский исследовательский центр» Минздрава России


БИНК – БИОНИЧЕКАЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ НИЖНЯЯ КОНЕЧНОСТЬ

БИНК – бионическая интеллектуальная нижняя конечность, не имеющая серийно выпускаемых мировых аналогов, обеспечивающая наиболее полное восполнение функций нижних конечностей, утраченных вследствие ампутации. БИНК является первым полностью активно-ассистивным протезом бедра, в котором реализуется синергетический эффект от совместного применения модуля коленного КИМ-21 и модуля стопы КИМ-10. Наиболее ярко этот эффект выражен при подъеме по лестнице пользователей с короткой культей бедра или c низкими физическими возможностями. При использовании «традиционных» протезов такие пользователи поднимаются по лестнице «приставным» шагом, а в случае использования БИНК возможен нормальный тип движения – попеременный шаг.  В фазе переноса сокращается функциональная длина БИНК за счет поднятия носка модуля стопы КИМ-10 и сгибания модуля коленного КИМ-21. При контакте БИНК с поверхностью ступени модуль стопы возвращается в нейтральное положение, а модуль коленный КИМ-21 выполняет активное разгибание, тем самым помогая пользователю подниматься.

Система управления БИНК гибко сочетает командное управление пользователем и автоматизированное управление, при этом приоритетной задачей является безопасность пользователя. Такое решение дает пользователю возможность не «задумываться» над тем как выполнить движение, но в тоже время дает возможность непосредственно влиять на параметры функционирования своей бионической интеллектуальной конечности.

Ресурса аккумулятора БИНК хватает на день функционирования в нормальных условиях. В случае разрядки аккумулятора пользователь может оперативно заменить его на запасной, который входит в комплект поставки.
БИНК предназначен для протезирования людей с ампутацией нижних конечностей на уровне бедра и с уровнем активности 2-3.

 

 БИОНИЧЕСКИЙ РОБОТИЗИРОВАННЫЙ МОДУЛЬ КОЛЕНА КИМ-21*

Модуль колена КИМ-21 – шаг вперед в области отечественного протезостроения. В отличие от всех предыдущих коленных модулей, осуществляющих сгибание и разгибание под действием инерционных и внешних сил, КИМ-21 может сгибаться/разгибаться за счет встроенного привода с собственным источником питания, реализуя функции не только коленного сустава, но и функцию мышц сгибателей/разгибателей коленного сустава. В результате пользователь получает активную помощь от модуля коленного КИМ-21 в наиболее сложных для него ситуациях, таких как: подъем по лестнице; вставание из положения сидя; перешагивание препятствий.

Это снижает компенсаторные нагрузки на здоровую конечность, что в свою очередь увеличивает свободу и комфортность передвижений. Для безопасности и комфорта пользователя при длительном стоянии в модуле реализован механизм автоматической блокировки сгибания. Модуль коленный КИМ-21  непрерывно отслеживает скорость движения, тип поверхности и особенности движений пользователя, обеспечивая наиболее естественную походку. При разрядке аккумулятора, КИМ-21 продолжает обеспечивать безопасность передвижения.
Модуль коленный КИМ-21 предназначен для протезирования людей с ампутацией нижних конечностей на уровне бедра и с уровнем активности 2-4.

 * КИМ — компьютеризированный интеллектуальный модуль

 

 БИОНИЧЕСКИЙ РОБОТИЗИРОВАННЫЙ МОДУЛЬ КОЛЕНА КИМ-20

 КИМ-20 – бионический коленный модуль, сочетающий в себе естественность движений с одной стороны, а с другой стороны невысокую массу и цену. В основе коленного модуля лежит надежное, проверенное временем решение на основе управляемой гидравлики. Интегрированная система управления обеспечивает пользователю защиту от неконтролируемого сгибания в любых условиях. Модуль КИМ-20 может длительное время работать без подзарядки аккумулятора, что дает пользователю широкую свободу перемещений. В случае разрядки аккумулятора модуль перейдет в экономичный режим работы, что позволит пользователю в безопасном режиме добраться до зарядного устройства.
Модуль коленный КИМ-20 предназначен для протезирования людей с ампутацией нижних конечностей на уровне бедра и с уровнем активности 2-4. КИМ-20 полностью совместим с модулем стопы КИМ-10.

 

БИОНИЧЕСКИЙ РОБОТИЗИРОВАННЫЙ МОДУЛЬ СТОПЫ КИМ-10

КИМ-10 – первый отечественный бионический активно-ассистивный модуль стопы, предназначен для протезирования людей с ампутацией нижних конечностей на уровне голени и бедра и с уровнем активности 2-4. При ходьбе на протезе, в состав которого входит модуль стопы КИМ-10, пользователю в большинстве случаев нет необходимости «задумываться» как ему сделать следующий шаг – композитная стопа обеспечит устойчивость на мелких неровностях поверхности, а встроенный микропроцессор на основании сигналов с датчиков обеспечит изменение угла голеностопного шарнира в соответствии с наклоном опорной поверхности.

Применение композитной стопы позволяет эффективно запасать энергию при контакте с поверхностью и отдавать энергию в момент отталкивания, что приводит к снижению затрат энергии пользователя, расходуемой на ходьбу. Модуль КИМ-10 обеспечивает защиту пользователя от спотыкания – в переносной фазе цикла шага осуществляется поднятие носка стопы, аналогично тому, как это происходит у естественной стопы.

КИМ-10 прост и комфортен в эксплуатации. Пользователю больше не нужно беспокоиться при смене обуви – модуль осуществит автоматическую подстройку под высоту каблука. Все это позволяет человеку перенесшему ампутацию нижней конечности наиболее полно вернуться к привычной для него жизни.

 

БИОНИЧЕСКИЙ РОБОТИЗИРОВАННЫЙ МОДУЛЬ ЛОКТЯ КИМ-30 

Бионический роботизированный модуль локтя  КИМ-30 предназначен для протезирования пациентов с ампутацией на уровне плеча. КИМ-30 наиболее полно восстанавливает функции утраченного локтевого сустава. Пользователь осуществляет управление сгибанием и разгибанием КИМ-30, напрягая и расслабляя сохранившиеся мышцы плеча, причем имеет возможность не только осуществить сгибание на определенный угол, но и контролировать скорость перемещения. В движении локтевой модуль практически бесшумен, может «поднимать» груз и обеспечивать бесступенчатую фиксацию с возможностью удержания груза. КИМ-30 обеспечивает защиту пользователя от опасных нагрузок – в случае превышения допустимой нагрузки КИМ-30 осуществляет плавное разгибание/сгибание. Кроме этого КИМ-30 предоставляет пользователю возможность поворота предплечья относительно плеча в ручном режиме. Размеры модуля позволяют его скрыть под косметической оболочкой. Все это обеспечивает пользователю естественность и простоту при эксплуатации модуля локтя КИМ-30.

 

РЕГУЛИРОВОЧНО-СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Регулировочно-соединительные изделия предназначены для сборки протезов нижних конечностей и подстройки протеза под анатомические особенности пациента. Применяются для протезирования конечностей у пациентов весом до 125 кг и любой группы активности.

Адаптеры с двумя гнездами различной длины 
(69 мм; 82 мм; 97 мм; 112 мм)

Пирамидки с фланцем

Адаптер регулируемый с двумя гнездами

Замок для силиконового чехла

Поворотные устройства на фланец

 

Гильзовые адаптеры

Ротатор

Адаптер с двумя степенями регулировки

Адаптер двусторонний

Модули несущие

 
Код для размещения ссылки на данный материал в блоге: Бионические роботизированные протезы

Используя последние достижения в области компьютерных технологий, материаловедения, робототехники, нейрофизиологии, нейропсихологии и нейрореабилитации «ИНЭУМ им. И.С. Брука» планирует запуск серийного производства передовых отечественных бионических роботизированных протезов (работа выполнена в рамках ФЦП «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности Российской Федерации на период до 2020 года и дальнейшую перспективу»).

ineum.ru

Как будет выглядеть ссылка: Бионические роботизированные протезы

Используя последние достижения в области компьютерных технологий, материаловедения, робототехники, нейрофизиологии, нейропсихологии и нейрореабилитации «ИНЭУМ им. И.С. Брука» планирует запуск серийного производства передовых отечественных бионических роботизированных протезов (работа выполнена в рамках ФЦП «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности Российской Федерации на период до 2020 года и дальнейшую перспективу»).

ineum.ru

Роботизированная рука — протез, управляемый с помощью мысли

Автор fshoke Опубликовано

У Johnny Matheny вместо руки - роботизированный протезМодульный роботизированный протез руки
Джонни Матени

(Johnny Matheny) является первым человеком в мире, которому был прикреплен роботизированный протез руки непосредственно к его скелету! Да, все именно так — это не просто насадка на руку, которая крепится с помощью застежек и ремней. У Джонни основа протеза внедрена в его тело и крепится непосредственно к плечевой кости левой руки. А уже к этой основе можно крепить самый функциональный на сегодняшний день роботизированный протез руки, который управляется с помощью мысли! Звучит просто фантастически.

Роботизированный протез руки DARPA

После потери руки в 2008 году, Джонни подписался на добровольное участие в ряде экспериментальных операций, финансируемых Агентством передовых оборонных исследовательских проектов DARPA, которое занимается разработкой модульного роботизированного протеза руки с мысленным управлением.

У Johnny Matheny вместо руки - роботизированный протез

Модульный протез (Modular Prosthetic Limb) был разработан в Лаборатории прикладной физики университета Джона Хопкинса в Мэриленде. Уже сейчас роботизированная рука позволяет Джонни Матени осуществлять ею почти полный спектр движения. При этом протез контролируется через Bluetooth. По сути, Johnny Matheny можно официально считать первым в истории киборгом на Земле, поскольку функционал его тела расширен роботизированным модулем, заменяющим потерянную конечность. На сегодняшний день на исследования и разработку функционирующего прототипа протеза уже потрачено 120 миллионов долларов.

Роботизированный протез руки от DARPA

Обратите внимание: Современные протезы для ног от Bespoke Innovations.

Протез - робот, заменяющий руку полностью

Джонни Матени и его рука робот

Протез руки как у робота

Рука, как у робота

Видео о киборге Джонни Матени и его необычной руке:

Роботизированные протезы ног управляемые мыслью

До сих пор самые продвинутые протезы требовали удаленных устройств контроля, таких как джойстик или Bluetooth-наушники. Их движения были медленнее, чем у живых конечностей.

Зак Воутер, как видно на видео ниже, перемещается по городу без задержек со скоростью среднестатистического пешехода. Чтобы перестроить роботизированную ногу от хождения по ровным поверхностям к подъему по лестницам, ему достаточно просто подумать об этом и представить, что он управляет утраченной ногой.

Контроль над роботизированной конечностью осуществляется при помощи электромиографии — электрических сигналов, производимых мышцами. Электроды приживляются к девяти различным мышцам в бедренной части ноги и действуют как антенны, принимая электрические сигналы, посылаемые нервами в мышцах.

Компьютерные программы распознают эти сигналы и запускают соответствующие электродвигатели, заставляя ногу согнуться в колене или голеностопном суставе. Часть информации, необходимой для правильного выполнения движения, поступает от механических сенсоров на искусственной конечности — акселерометров и датчиков уровня

Чикагским инженерам удалось сократить в новом устройстве коэффициент ошибок, включая риски падения, до 1,8%, по сравнению с 12,9% у стандартных роботизированных искусственных ног.

«Созданная бионическая нога — невероятно интеллектуальное инженерное изобретение. Она обучается выполнять действия, беспрецедентные для любого человека с ампутированной конечностью, такие как плавный переход из процесса сидения к ходьбе, подъему и спуску по ступенькам и наклонным поверхностям», — комментирует свою разработку Леви Хагрув, возглавляющий команду биомедицинских инженеров Реабилитационного института Чикаго.

Грант в размере $8 млн. на разработку бионического протеза выделили вооруженные силы США. Запуск роботизированных ног в массовое производство ожидается в течение 3-5 лет.

В США около миллиона человек живут с ампутированными конечностями. Однако установить роботизированные протезы смогут не все желающие инвалиды, а лишь чуть более 1200 военнослужащих, лишившихся ног недавно в Ираке или Афганистане.

Проблема в том, что нервные окончания после операций утрачивают свою функциональность. Чтобы этого не произошло, их нужно вовремя перенаправить на здоровые ткани тела. При ампутации ноги, хирург должен прикрепить нервные окончания к бедру, чтобы они взаимодействовали с роботизированным протезом.

В настоящее время протезы ноги стоят несколько тысяч долларов. Цена продвинутого роботизированного устройства может достигать $100 тыс. По какой стоимости поступят в продажу бионические протезы, контролируемые силой мысли, на данном этапе инженеры предсказать не берутся. Впереди предстоит еще долгая работа по расширению функций устройства, которое пока еще не позволяет владельцу ни бегать, ни прыгать.

«Ценность, которую наши протезы обеспечат пациентам, неизмерима. Мы чувствуем, что сможем устранить подавляющее большинство критичных с точки зрения безопасности ошибок. Пока что мы не можем прогнозировать, как эти устройства смогут обогатить повседневную жизнь инвалидов, но мы совершаем фантастический прогресс», — заверил Леви Хагрув.

Роботизированный протез HAPTIX будет действовать как настоящая рука (+видео)

Робототехника призвана помогать людям. Роботы помогают нам в производстве и строительстве, позволяют сделать нашу жизнь проще и удобнее. По мере того как роботизированные системы становятся совершеннее, они начинают более непосредственным образом помогать людям в домах престарелых, реабилитационных центрах и больницах.

В ближайшем будущем робототехника станет еще более тесно интегрированной с человечеством, до того уровня, где кибернетика сможет восстановить функции для людей с ограниченными возможностями. В частности, потерявшим конечности военнослужащим уделяется особое внимание в одной из новых инициатив.

В 2014 году DARPA анонсировала программу HAPTIX, которая нацелена на создание протезов для рук, которые движутся и обеспечивают ощущения, подобно естественной руке. Три группы работают в составе проекта HAPTIX, успех которого будет зависеть от тщательно оптимизированного сочетания аппаратных средств, пользовательских интерфейсов и алгоритмов управления. OSRF (Open Source Robotics Foundation) обеспечивает для HAPTIX настроенную версию тренажера Gazebo, что позволяет тестировать программное обеспечение, не имея еще готового аппаратного оборудования, по сути, являясь своего рода виртуальной площадкой для разработчиков программного обеспечения.

«OSRF намерена обеспечить реалистичную среду для биомеханического моделирования при разработке контроллеров для наиболее совершенных протезов с множеством степеней свободы», — объясняет Джон Ши, соучредитель и главный научный сотрудник OSRF. В работе над программой HAPTIX используется роботизировнный манипулятор DEKA «Luke» , имеющий 14 степеней свободы. Тем не менее, в настоящее время рука контролируется с помощью простых пользовательских интерфейсов для тестирования, а также от интерфейсов, которые используют управляющие сигналы от мышц и нервов, в то же время обеспечивая сенсорную обратную связь.

Создание и поддержки версии Gazebo для программы HAPTIX включает для OSRF и ряд других задач. Помимо индивидуальной среды моделирования, OSRF предоставила разработчикам устройство захвата движения OptiTrack, стерео очки и 3D монитор NVIDIA, 3D джойстик, а также документацию, необходимую для успешной работы. Специализированная версия Gazebo также включает в себя поддержку различных удаленно управляемых аппаратных средств, впервые пользователи могут взаимодействовать с программными средствами моделирования с использованием Windows и MATLAB. Разработчики HAPTIX могут использовать эти 3D датчики и системы телеуправления, чтобы перевести движения физических рук и кистей в виртуальную среду, что позволяет им выполнять одновременно моделирование и общее тестирование функций рук в реальной среде. Это также закладывает основу для структуры, которая могла бы обеспечить для инвалидов мощный и доступный способ обучения методам использования нового протеза.

После того, как команды HAPTIX начинает использовать манипулятор DEKA, работа OSRF становится еще более важной, потому что они получают возможность увидеть, насколько хорошо работает моделирование на самом деле, а затем доработать его, насколько это возможно. Проверка позволяет убедиться, что одни и те же команды, посылаемые к моделируемой руке и к реальной руке DEKA вызывают одинаковые движения.

«Мы посылаем команды к реальной и моделируемой руке, чтобы отметить, есть ли разница, — объясняет Джон Ши. — Если это происходит, мы обновляем нашу модель, чтобы действия модели и руки соответствовали». Конечной целью, конечно же, является работающий протез, но точный и детальный симулятор имеет решающее значение для совершенствования программного обеспечения.

Первое поколение руки DEKA недавно прибыло для тестирования и проверки, полный комплект аппаратного обеспечения ожидается, до конца текущего года.

К началу 2017 года завершится 1 этап проекта HAPTIX. Наиболее успешные аппаратные и программные компоненты будут дорабатываться на 2 этапе. Конечной целью является полно функциональная система HAPTIX. DARPA надеется, что финальные испытания системы будут происходить с 2019 года, и вскоре после того, лишившиеся конечностей люди смогут воспользоваться преимуществами новых протезов, который реалистично действуют, обеспечивая естественные ощущения.

Роботизированные протезы — Дом Солнца

Предполагается подключать такие протезы напрямую к нервной системе пациента, что полностью возвратит все функциональные возможности и «ощущение руки». Протез будет подключаться непосредственно к разорванным нервам и позволит владельцу иметь все тонкие тактильные ощущения, реагировать на нервные сигналы мозга, двигаться с беспрецедентной ловкостью и выносливостью.

За последнее десятилетие Пентагон добился значительного прогресса в протезировании конечностей. И большинство из успехов родились в программах, финансируемых DARPA в рамках инициативы, названной Надежный периферийный интерфейс (RPI). Специалисты агентства надеются, что новый проект поможет людям, которые стали инвалидами, полностью восстановить подвижность и качество жизни.

В настоящее время DARPA финансирует ряд аналогичных проектов, например, роботизированную руку DEKA Arm, которая соединена с нервной системой человека и позволяет выполнять тонкие операции. В университете Джона Хопкинса под руководством DARPA также проводятся испытания нового протеза, который получает сигналы от имплантированных в нервную ткань датчиков.

Однако прототипы RPI имеют ряд серьезных недостатков, которые присутствуют даже в самых сложных и дорогих протезах. Существующие нейроинтерфейсы недостаточно чувствительны и не могут обеспечить передачу большого количества сигналов – современные прототипы транслируют на бионические протезы около 500 управляющих сигналов. Также пока не удалось создать протез с достаточным количеством степеней свободы. Но, пожалуй, самый серьезный недостаток – малый срок службы, вес и необходимость хирургического вмешательства. Это ограничивает использование бионики, особенно для протезирования ампутированных конечностей военнослужащих в возрасте около 20 лет. В самых современных протезах срок службы нейроинтерфейсов до инвазивной замены не превышает двух лет.

Перспективный проект DARPA предполагает создание протеза, который будет иметь обратную связь с поврежденными ампутацией периферическими нервами. Он полностью заменит потерянную конечность, и мозг сможет «общаться» с механической рукой тем же способом и с той же эффективностью, как и с живой. Невероятно чувствительная бионическая платформа сможет обнаруживать достаточно сильные моторные сигналы управления и отличать их от сенсорных и других сигналов даже в областях с высокой плотностью нервной ткани. Протез будет выполнять команды мозга и посылать в мозг ответные сигналы о выполнении команды.

В результате пациент получит протез, который будет действовать как «родная» рука или даже более совершенный «инструмент». Протез сможет точно интерпретировать сигналы о температуре, давлении, напряжении «мышц» конечности, выверять точные движения и прилагаемую силу. В буквальном смысле человек «почувствует» механическую руку, как будто бы она стала живой.

DARPA также хочет решить проблему надежности и долговечности. Новый протез должен иметь количество отказов на уровне менее 0,1% и срок службы около 70 лет. В настоящее время оборонное агентство создало научно-исследовательский центр, который занимается изучением перспективы использования в новых протезах волоконно-оптических интерфейсов, которые могут вмещать тысячи датчиков в одной тонкой нити.

Роботизированные протезы будут подключать прямо к нервной системе • AmpGirl

Механические конечности позволят военнослужащим продолжать службу и вести обычный образ жизни.

DARPA планирует создать робототехнические протезы, которые полностью заменят ампутированные конечности в плане подвижности, чувствительности и долговечности. Пентагон хочет в конечном итоге получить искусственные руки и ноги, которые ничем не будут отличаться от «живых», кроме материалов и принципов работы. Предполагается подключать такие протезы напрямую к нервной системе пациента, что полностью возвратит все функциональные возможности и «ощущение руки». Протез будет подключаться непосредственно к разорванным нервам и позволит владельцу иметь все тонкие тактильные ощущения, реагировать на нервные сигналы мозга, двигаться с беспрецедентной ловкостью и выносливостью.

За последнее десятилетие Пентагон добился значительного прогресса в протезировании конечностей. И большинство из успехов родились в программах, финансируемых DARPA в рамках инициативы, названной Надежный периферийный интерфейс (RPI). Специалисты агентства надеются, что новый проект поможет людям, которые стали инвалидами, полностью восстановить подвижность и качество жизни.

В настоящее время DARPA финансирует ряд аналогичных проектов, например, роботизированную руку DEKA Arm, которая соединена с нервной системой человека и позволяет выполнять тонкие операции. В университете Джона Хопкинса под руководством DARPA также проводятся испытания нового протеза, который получает сигналы от имплантированных в нервную ткань датчиков.

Однако прототипы RPI имеют ряд серьезных недостатков, которые присутствуют даже в самых сложных и дорогих протезах. Существующие нейроинтерфейсы недостаточно чувствительны и не могут обеспечить передачу большого количества сигналов – современные прототипы транслируют на бионические протезы около 500 управляющих сигналов. Также пока не удалось создать протез с достаточным количеством степеней свободы. Но, пожалуй, самый серьезный недостаток – малый срок службы, вес и необходимость хирургического вмешательства. Это ограничивает использование бионики, особенно для протезирования ампутированных конечностей военнослужащих в возрасте около 20 лет. В самых современных протезах срок службы нейроинтерфейсов до инвазивной замены не превышает двух лет.

Перспективный проект DARPA предполагает создание протеза, который будет иметь обратную связь с поврежденными ампутацией периферическими нервами. Он полностью заменит потерянную конечность, и мозг сможет «общаться» с механической рукой тем же способом и с той же эффективностью, как и с живой. Невероятно чувствительная бионическая платформа сможет обнаруживать достаточно сильные моторные сигналы управления и отличать их от сенсорных и других сигналов даже в областях с высокой плотностью нервной ткани. Протез будет выполнять команды мозга и посылать в мозг ответные сигналы о выполнении команды.

В результате пациент получит протез, который будет действовать как «родная» рука или даже более совершенный «инструмент». Протез сможет точно интерпретировать сигналы о температуре, давлении, напряжении «мышц» конечности, выверять точные движения и прилагаемую силу. В буквальном смысле человек «почувствует» механическую руку, как будто бы она стала живой.

DARPA также хочет решить проблему надежности и долговечности. Новый протез должен иметь количество отказов на уровне менее 0,1% и срок службы около 70 лет. В настоящее время оборонное агентство создало научно-исследовательский центр, который занимается изучением перспективы использования в новых протезах волоконно-оптических интерфейсов, которые могут вмещать тысячи датчиков в одной тонкой нити.

Протезы для мозга | Журнал Популярная Механика

Сейчас современный электронный протез руки или ноги не воспринимается как что-то экзотическое. А как насчет протеза самого сложного и важного для человека органа?

Если человек потерял в результате травмы руку или ногу, медицина еще с древности предлагала заменить потерю протезом. Со временем протезы становились все совершеннее — от деревяшки Джона Сильвера до сложных бионических конструкций, управляющихся нервными импульсами от естественных нервных окончаний человека или через электроэнцефалограмму. Сейчас, если у человека отказывает печень или почка, если гибнет сердце — их можно заменить искусственным органом или трансплантировать донорский. Заменяют кожу, суставы, волосы и многое другое. Тем не менее существует один орган, о протезировании которого речь пока не идет. Это мозг.

Действительно, иногда после инсульта «отказывает» крошечный участок головного мозга, но и это приводит к ужасающим последствиям — потере памяти, параличу и т. д. Можно ли заменить протезом хотя бы участок мозга?

Александр Каплан, психофизиолог, профессор кафедры физиологии человека и животных, заведующий лабораторией нейрофизиологии и нейроинтерфейсов биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова: «Мозг — пожалуй, единственный орган тела, для полного протезирования которого нет ни теоретических, ни экспериментальных оснований. Однако это не закрывает перспективу создания протезов, пусть очень плохо, но все-таки хоть как-то имитирующих исходную функцию. Ведь мозг — это хотя и сверхсложное, но достаточно структурированное информационно-аналитическое устройство. В качестве аналога можно привести компьютер: пусть мы не можем заменить центральный процессор, но сборку сгоревшего USB-порта тем или иным способом сделать из подручных материалов можно».

Вспомнить всё

Вообще, под словом нейропротезы понимают две разные вещи. Первая — это роботизированные протезы, которые управляются имплантированными в мозг электродами, они помогают полностью парализованным больным. Вторая — это когда электроды подводятся к сохранившимся остаткам нервных волокон, шедших когда-то к утраченной конечности.

Однако такие нейропротезы на территорию пораженного мозга не вторгаются. Первую попытку предпринял в 2012 году американский невролог Теодор Бергер, создавший протез средней части гиппокампа. Правда, только у крыс и весьма своеобразный. В гиппокамп крыс ввели несколько десятков электродов. Часть из них «снимала» электрическую активность, часть позволяла стимулировать электрическими импульсами нейроны. Потом крыс научили запоминать, в какой из кормушек лежит еда. Параллельно следили за активностью гиппокампа в те моменты, когда животное принимало правильное (и неправильное) решение, устанавливая, какая часть гиппокампа «отвечала» за память о месте расположения лакомства.

Повреждение этого места приводило к тому, что крыса забывала о том, куда положили ее обед. Однако после стимуляции поврежденного участка электродами (при помощи специального чипа) животное вспоминало о своих успехах и находило еду. Более того, если животное просто забывало (такое случается и с нами, правда?), то стимуляция гиппокампа с помощью чипа тоже приводила к «включению» памяти.

Продолжение мозга Самый простой нейропротез существует еще с 1960-х годов. Это кохлеарный имплантат. Фактически он представляет собой слуховой аппарат, однако схема его работы совсем другая, он помогает при так называемой нейросенсорной тугоухости, когда поражается не «механика» слуха, а его «электрика», то есть нейронные связи между ухом и мозгом. Кохлеарный имплантат — это электронный комплекс с микрофоном, процессором, принимающим электрические сигналы с микрофона и преобразующим звуки в сигналы, понятные мозгу, и электроды, передающие эти сигналы на идущие в мозг нервы.

Подобрать код

Чтобы правильно стимулировать гиппокамп, нужен особый «код активации» — электрическая активность «входящего» импульса. Для этого Бергер измерял активность всего гиппокампа во время поиска кормушки с едой. И именно для этого нужен чип, который передает активационный код с «входящей» зоны на зону памяти. И нужна еще специальная математическая модель, которая «вычленяет» нужный сигнал по снимаемой электроэнцефалограмме и передает его в чип. Значит ли это, что все-таки можно будет заменить весь мозг, подсмотрев коды активации для всех навыков организма? В обозримом будущем вряд ли.

Распутать провода

Однако создать какие-то нейроимпланты для человеческого мозга, которые помогут «обходить» пораженные при инсульте зоны (а та пресловутая средняя часть гиппокампа, кстати, очень часто поражается при инсульте), вполне возможно в ближайшие десять лет, и несколько научных коллективов в мире уже трудятся над этим. Существует несколько глобальных проектов по картированию мозга, постепенно расшифровывается коннектом — порядок соединения друг с другом всех нейронов мозга (к слову, вариантов коннектома больше, чем атомов во Вселенной), начинают изучаться и картироваться и вспомогательные клетки мозга — глия, составляющая около 40% нашего главного органа. Возможно, лавинообразное накопление всех этих данных поможет через несколько десятилетий заменить если не весь мозг, то некоторые его части.

Статья «Протезы для мозга» опубликована в журнале «Популярная механика» (№12, Декабрь 2015).

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о