Протез с симуляцией осязания и положения в пространстве

Исследователи разработали бионическую руку нового поколения, которая позволяет людям с ампутированными конечностями восстановить свою проприоцепцию. Результаты исследования, опубликованного в Science Robotics — кульминация десятилетних исследований в области робототехники.

Бионическая рука нового поколения, разработанная исследователями из EPFL, позволяет людям с ампутированными конечностями восстановить очень тонкое, почти естественное чувство осязания. Ученым удалось воспроизвести проприоцепцию — способность нашего мозга мгновенно и точно определять положение наших конечностей в момент и после движения, даже в темноте или с закрытыми глазами.

Новое устройство позволяет, протянув руку к предмету на столе, не глядя определить его консистенцию, форму, положение и размер. Протез был успешно протестирован на нескольких пациентах и ​​работает путем стимуляции нервов в культе пациента. Затем нервы формируют сенсорную обратную связь с человеком в режиме реального времени — почти так же, как в живой руке.

Полученные результаты — результат десяти лет научных исследований, возглавляемых Сильвестро Мицерой, профессором биоинженерии в EPFL и Паоло Марией Россини, директором нейробиологии в университете им. А. Джемелли.

Сенсорная обратная связь

Современные миоэлектрические протезы позволяют людям с ампутированными конечностями восстановить произвольный моторный контроль над их протезом, используя остаточную функцию мышц в предплечье. Однако отсутствие какой-либо сенсорной обратной связи означает, что пациентам приходится в значительной степени полагаться на визуальные сигналы. Это мешает им почувствовать протез частью своего тела, делает его более неестественным в употреблении.

В последнее время ряду исследовательских групп удалось обеспечить тактильную обратную связь, что привело к улучшению функциональности протеза. Но теперь сделан еще один шаг вперед.

«Наше исследование показывает, что сенсорная замена, основанная на интраневральной стимуляции, может обеспечивать чувство положения в пространстве и тактильную обратную связь одновременно и мгновенно», — объясняет Мицера. «У мозга нет проблем с объединением этой информации, и пациенты могут воспринимать оба типа сигналов одновременно».

Внутренняя стимуляция формирует поток внешней информации с помощью электрических импульсов, посылаемых электродами, вставленными непосредственно в культю пациента. Затем пациенты должны пройти обучение, чтобы постепенно научиться воспринимать эти импульсы в проприоцептивные и тактильные ощущения.

Данный метод позволил двум пациентам с ампутированными конечностями восстановить высокую проприоцептивность, равноценную восприятию здоровых людей. Одновременное поступление информации о местоположении и тактильной обратной связи дало им возможность с высокой точностью определить размер и форму четырех объектов (75,5%).

«Эти результаты показывают, что люди с отсутствующими конечностями могут эффективно обрабатывать тактильную информацию и информацию о положении, полученную одновременно с помощью интраневральной стимуляции», — говорит Эдоардо Д’Анна, исследователь EPFL и ведущий автор исследования.

Источник: Edoardo D’Anna et al. A closed-loop hand prosthesis with simultaneous intraneural tactile and position feedback, Science Robotics (2019). DOI: 10.1126/scirobotics.aau8892

Оставьте комментарий:

Ваш e-mail не будет опубликован.