Парализованных обезьян научили ходить с помощью нейроинтерфейса

Парализованных обезьян научили ходить с помощью нейроинтерфейса

Ученые из Швейцарской вышей технической школы вернули подвижность ногам обезьян с травмой спинного мозга с помощью мозговых имплантов. Ранее такие импланты, обеспечивающие отсутствующую из-за травмы связь головного мозга со спинным мозгом, были уже испытаны на крысах, однако испытания на обезьянах были проведены впервые. Статья опубликована в журнале Nature, кратко о ней рассказывается в редакционном материале журнала.

Травмы спинного мозга разрушают связь между головным и спинным мозгом, обеспечивающую движения тела. Чтобы обойти разрыв этой связи, ученые пытаются применять интерфейсы «мозг — компьютер» — устройства, которые напрямую связывают активность коры головного мозга с системой электростимуляции мышц. Подобный интерфейс использовался, например, для восстановления функции руки у парализованного пациента — причем в одном исследовании это удалось сделать даже без использования промежуточного компьютера. В случае с параличом ног, однако, задача становится несколько сложнее, потому что ходьба требует очень сложной координации движений, в том числе для поддержания веса тела. Тем не менее, интерфейс «мозг — компьютер» был недавно успешно использован для восстановления движения конечностей у парализованных крыс. В данном исследовании авторы решили испытать его на более сложных организмах: макаках-резусах.

Экспериментальная часть работы проводилась в лаборатории в Китае, поскольку там исследования на приматах подвергаются гораздо менее строгой регуляции, чем в Европе или США. Общая схема эксперимента была следующей. Сначала ученые помещали здоровых макак-резусов на беговые дорожки и картировали электрические сигналы, передающиеся от головного мозга к спинному мозгу. Также они картировали процессы в поясничном отделе спинного мозга, куда сигналы от головного мозга поступают перед передачей в мышцы нижних конечностей. Затем эти сигналы воспроизводили у обезьян с повреждением спинного мозга на уровне грудного отдела.

Сигналы воспроизводились с помощью панели микроэлектродов, вживленной в участок двигательной коры головного мозга, отвечающий за движения ног, и системы стимуляции спинного мозга. Эта система была имплантирована в эпидуральное пространство (пространство между твердой оболочкой спинного мозга и позвонками) поясничного отдела спинного мозга и включала генератор импульсов, передающий сигналы мышцам ног. Передача сигналов, кодирующих сокращение и расслабление мышц, от мозгового импланта к системе стимуляции спинного мозга осуществлялась по беспроводной связи. Такой беспроводной интерфейс позволял обезьянам свободно двигаться, без ограничений, которые накладывала бы на их движения сложная система проводов.

Уже через 6 дней после нанесения унилатеральной травмы спинного мозга (то есть травмы, вызывающей паралич только одной половины тела), в отсутствие каких-либо специальных предварительных тренировок, движения в парализованной ноге восстанавливались. Хотя ритм движения конечности был несовершенен, обезьяны нормально передвигали ногу, не волоча ее за собой, и ее движения были достаточно скоординированными для самостоятельного поддержания веса своего тела.

Как отмечают авторы, все компоненты имплантов, использованных в этих экспериментах, одобрены для использования в исследованиях на человеке. А это значит, что скоро испытания интерфейса можно будет проводить на парализованных людях с травмами спинного мозга. Однако это будет не так просто, потому что мозг человека устроен сложнее, чем мозг макаки-резуса. Еще одна трудность заключается в том, что в экспериментах на макаках исследователи сначала записывали сигналы здорового спинного мозга и затем воспроизводили их на поврежденном мозге. В случае людей, уже имеющих спинальную травму, такой подход будет невозможен.

Тем не менее, авторы уже начали первые клинические испытания в госпитале Лозаннского университета: двум парализованным пациентам имплантировали генераторы пульса в поясничный отдел спинного мозга. Этим пациентам, однако, не будут вживлять импланты в головной мозг, так что пока они не смогут сами контролировать движения своих ног.

Подобные испытания на парализованных людях проводятся не впервые. Например, год назад исследователи из Калифорнийского университета научили ходить парализованного ниже пояса человека с помощью системы, состоящей из интерфейса «мозг — компьютер», аппарата для электростимуляции мышц и специального подвеса.

Софья Долотовская

N+1

Похожие новости:
Управляемый силой мысли экзоскелет помог паралитикам пообедать
Международная группа исследователей впервые использовала экзоскелет с нейроинтерфейсом для восстановления работоспособности конечностей частично парализованных пациентов. Разработанная система может быть смонтирована на кресло-коляску и оснащена механизмом защиты от ложных срабатываний. Результаты работы опубликованы в Science Robotics.Нейроинтерфейс — система, ..
2016-12-08 3073 0 Технология
0
Ростех испытывает нейроинтерфейс для умных протезов
Объединенная приборостроительная корпорация «Ростеха» начала испытания нейроинтерфейса «мозга-компьютера», который позволит управлять роботизированными экзопротезами при помощи силы мысли. Об этом пишет ТАСС, ссылаясь на пресс-службу компании. По информации источника, после завершения испытаний можно будет говорить ..
2015-07-09 2313 0 Технология
0
Химическая стимуляция спинного мозга позволит двигаться
Исследователи, работающие в швейцарском Федеральном технологическом институте в Лозанне (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), успешно использовали электрические и химические методы стимуляции для возбуждения нейронов в нижней части спинного мозга ранее парализованных крыс, позволяя грызунам ходить и даже ..
2012-06-4 1739 0 Технология
0
Парализованный пациент научился ходить без экзоскелета
Мужчина, обе ноги которого были полностью парализованы, заново научился самостоятельно ходить. По словам авторов исследования, это первый случай в истории, когда пациент восстановил способность передвигаться, не используя роботизированные экзоскелеты. Мужчина научился управлять собственными движениями посредством ..
2015-09-26 1789 0 Технология
2
Ученые научили томограф читать мысли
Группе голландских нейрофизиологов удалось разработать новую методику чтения мыслей с помощью томографа Специальная компьютерная программа позволяет преобразовывать мысли человека в письменную речь. При этом томограф фиксирует изменения в кровотоке во время активности определенных участков мозга, которые ..
2012-07-1 1759 0 Технология
0
Нейрофизиологи заставили парализованную крысу бегать
Швейцарские ученые заставили бежать полностью парализованную крысу с помощью одних лишь электрических сигналов. Уже в 2015 году новая система (Gait System) будет испытана на людях, парализованных из-за травм спинного мозга. Результаты эксперимента представлены в журнале ..
2014-09-25 1377 0 Технология
1
Мозги обезьян впервые объединили в живой компьютер
Ученым впервые удалось соединить мозги нескольких обезьян в живой компьютер, способный выполнять задачи и решать проблемы. Если таким же образом получится объединять усилия мозга нескольких человек, представители Homo sapiens смогут как минимум передавать абстрактные ..
2015-07-11 2419 0 Технология
0
Робота Atlas научили балансировать на одной ноге
Специалисты из Института человеческого и машинного мышления (IHMC) научили гуманоидного робота Atlas, разработанного компанией Boston Dynamics, балансировать на одной ноге. Видеозапись с демонстрацией новых возможностей робота доступна на YouTube. Boston Dynamics разработала робота Atlas в 2013 году, по заказу и при участии Агентства по перспективным оборонным научно-исследовательским ..
2016-09-13 15492 0 Технология
0
Инженеры научили поддельные отпечатки пальцев чувствовать текстуру и звук
Инженеры из Южной Кореи научили искусственные отпечатки пальцев чувствовать текстуру поверхностей и воспринимать звуковые колебания. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Science Advances, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Science News.В своей работе ..
2015-11-01 1288 0 Технология
0
3D-принтеры научили печатать углеволокном
Американская компания Mark Forged представила 3D-принтер, способный печатать объекты из углеродного волокна — прочного и легкого материала, который используется, в частности, в авиастроении. Об этом пишет Popular Mechanics. Принтер получил название Mark One. Разработчики утверждают, что созданные с его помощью ..
2014-01-31 2744 0 Технология
0
Российские физики научили наночастицы выполнять логические операции
Коллектив, состоящий из четверых российских ученых, создал биороботов, которые способны производить логические операции вне клетки. Физики из Москвы опубликовали результаты своего исследования в журнале Nature Nanotechnology, импакт-фактор которого один из самых высоких в мире и равен 33. Ученым ..
2014-08-18 1476 0 Технология
0
Скорость набора текста с помощью мысли достигла 6 слов в минуту
Скорость набора шесть слов в минуту вряд ли кого-то впечатлит. Но для людей с ограниченными возможностями даже такая возможность была бы бесценной. Исследователи Стэндфордской лаборатории трансляционного нейронного протезирования имплантировали пациентам интерфейс «мозг–компьютер» и научили их печатать со скоростью шесть ..
2015-10-04 1828 0 Технология
0
Робот ходит в школу вместо больного мальчика
Московский Центр образования № 166, который находится в Лианозовском районе, посещает очень необычный ученик - настоящий робот. Управляет роботом из дома по Интернету мальчик Женя, ученик девятого класса. В школу Женя не может ходить из-за порока сердца: ..
2012-03-25 2624 0 Технология
0
Из лески скрутили рекордно эффективные искусственные мышцы
Международная группа ученых разработала метод обработки пластика, который превращает обычные полимеры в искусственные мышцы с рекордной удельной мощностью и силой сокращения. Исследование опубликовано в Science, кратко о нем можно прочитать на сайте журнала. К пластику ученые обратились после ..
2014-02-21 2581 0 Технология
1
Ученые разработали экзоскелет, имитирующий движения колена
Инженеры Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (ETH Zurich) разработали новый экзоскелет, который может помочь улучшить жизнь параплегикам, позволяя им ходить с большей свободой, чем это возможно при использовании существующих вспомогательных устройств для ходьбы.Экзоскелет VariLeg более точно ..
2016-03-31 2505 0 Технология
0