Руки в ноги и вперед
Испытания чипа, передающего импульсы мозга. Кадр: Yukio Nishimura

Испытания чипа, передающего импульсы мозга. Кадр: Yukio Nishimura

Японские нейрофизиологи впервые смогли напрямую подключить ноги человека к его мозгу, минуя поврежденную часть позвоночника

Ученые из Национального института физиологических наук Японии нашли новый способ вернуть подвижность паралитикам с поврежденным позвоночником, создав особый чип, который передает импульсы мозга, считанные из мускулов рук, в центр движения в нижней части спинного мозга. Возможные варианты применения, результаты проверки прибора на добровольцах и дальнейшие планы японских исследователей были представлены в статье, опубликованной в Journal of Neuroscience.

«Мы надеемся, что эта технология позволит нам полностью компенсировать потерю поврежденных цепочек нейронов между ногами и мозгом, отправляя специальным образом закодированные команды в исправно работающий центр движения в спинном мозге. Подобный прием может позволить людям, страдающим от паралича нижней части тела, вернуть подвижность своим ногам», — говорит один из ведущих авторов статьи Юкио Нисимура из Национального института физиологических наук.

Нисимура и его коллега по институту Сусаку Сасада, а также несколько других японских нейрофизиологов несколько лет работают над созданием нейрокибернетических технологий, позволяющих подключить мозг напрямую к конечностям человека, в обход поврежденного спинного мозга. К примеру, в 2013 году им удалось создать особый чип, при помощи которого они смогли успешно подключить мозг обезьяны напрямую к ее рукам.

Спинной мозг играет ключевую роль в движении конечностей большинства животных. В процессе движения головной мозг передает своему «коллеге» в позвоночнике общие указания, который тот превращает в набор специализированных импульсов, управляющих движением мускулов. Многие биологи полагают, что существует и исключение из этого правила — сложные движения рук приматов, которыми мозг управляет напрямую. Это заметно облегчает задачу их кибернетического подключения к мозгу. Свидетельством в пользу этого служат успешные опыты по подключению виртуальных и искусственных передних конечностей к центрам движения в мозге макак и людей.

В случае с ногами все было не так просто — «форматы» микрокоманд мозга и нервных импульсов в центре движения в спинном мозге несовместимы друг с другом, из-за чего их нельзя соединить напрямую. Для этого необходимо специальное устройство-декодер, которое ученые пока так и не смогли создать. По этой причине многие ученые отказываются от попыток соединить мозг и ноги при помощи кибернетических приемов и переходят к альтернативным методикам излечения паралича. К примеру, в мае 2012 года нейрофизиологи вернули подвижность ног крысам при помощи электрической и химической стимуляции нервов в сросшемся позвоночнике.

Источник: Yukio Nishimura

Нисимура, Сасада и их коллеги не последовали примеру других ученых и попытались остаться в пределах сферы нейрокибернетики. Наблюдая за движениями нескольких добровольцев, принимавших участие в их других исследованиях, они обратили внимание на в общем-то обыденную вещь — синхронизацию движения рук и ног во время ходьбы и бега.

Авторы статьи предположили, что движения мускулов рук могут содержать в себе ту же самую информацию, которую спинной мозг передает в двигательные нейроны ног. Они еще раз попросили добровольцев прогуляться и проследили за изменениями в положении бицепсов и других мышц. Сравнив полученные данные с тем, как менялась активность нервных клеток в ногах их подопечных, ученые поняли, что подобную информацию действительно можно напрямую передавать в центры движения ног в частично поврежденном позвоночнике.

Руководствуясь этой идеей, авторы статьи собрали экспериментальный прототип прибора, который в будущем вернет паралитикам возможность передвигаться при помощи своих собственных ног. Он состоит из трех частей — наручных датчиков, особого микрочипа и магнитного стимулятора нейронов. Датчики преобразуют вибрации мускулов в электрические импульсы, которые считывает чип и превращает в пакет электрических сигналов, понятных для нервных клеток в центре движения в спинном мозге. Магнитный стимулятор, размещаемый на пояснице человека, позволяет передавать эти импульсы напрямую в спинной мозг без необходимости проводить опасную для здоровья операцию по вставке электродов в его толщу.

Нисимура и Сасада пока не стали проверять работу своего детища на инвалидах и ограничились «ходовыми испытаниями» на той же группе добровольцев, которая помогала им создавать его. По словам ученых, изобретение неплохо зарекомендовало себя — их помощники, двигая исключительно руками, могли ходить в произвольном направлении, менять направление движения, разгоняться и тормозить, а также совершать все прочие действия, которые мы делаем автоматически. Как пишут ученые в своей статье, эти «вынужденные формы движения» были, по сути, неотличимы от того, как добровольцы двигались в нормальных условиях.

«Главная проблема сегодня заключается в том, что данный прибор не помогает паралитикам уклоняться от препятствий или удерживать вертикальное положение тела. В ближайшем будущем мы планируем решить эти проблемы и осторожно начать клинические испытания нашего изобретения», — заключает Нисимура.

Сектор огня Далее в рубрике Сектор огняИзраиль и палестинцы договорились об очередном прекращении огня Читайте в рубрике «Наука и технологии» Казань выбрала лучшие стартапыИнвесторы на Kazan Startup Weekend в ИТ-парке начали сотрудничество с несколькими стартапами Казань выбрала лучшие стартапы

Комментарии

14 августа 2014, 17:01
Все у нас своровано! А вот у нас при Сталине вообще люди парили! А вот Украина вообще там...
15 августа 2014, 16:29
Лучше бы все же научились восстанавливать травмы позвоночника, ИМХО.
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
80 000 подписчиков уже с нами!
Читайте «Русскую планету» в социальных сетях и участвуйте в дискуссиях
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»