«Отримаємо можливість заміщення будь-яких органів людини»
Створення відчуває протеза руки - це прорив в області нейропротезірованія. «Газета.Ru» обговорює розвиток біоніки з професором МГУ Олександром Капланом. На його думку, рано чи пізно з'явиться можливість заміщення будь-яких органів людини.
В останньому випуску журналу Science Translational Medicine представлено проривна досягнення в області нейропротезірованія. Це протез руки, який не тільки може рухатися, але і володіє тактильним відчуттям. Денніс Соренсен з Данії - перша людина з ампутованою рукою, який отримав можливість не тільки руху, а й відчуття, якого він був позбавлений протягом дев'яти років. Унікальну конструкцію розробили швейцарські італійські біоінженери з Інституту біороботів в Пізі, Інституту біоінженерії Політехнічної вищої школи в Лозанні і інших інститутів під керівництвом професора Сільвестро Місера.
Вони вперше створили протез з сенсорної зворотним зв'язком, яка забезпечує контроль над рухом руки.
Детальніше:
Реагують на тиск сенсори знаходяться на пальцях біонічної руки.
Електричний сигнал від них надходить на чотири електроди, які хірургічним шляхом імплантовані в нерви передпліччя.
Спеціальний алгоритм перетворює слабкі сигнали від сенсорів і робить їх придатними для розпізнавання нервовою системою. Таким чином, виникає сенсорна зворотний зв'язок.
36-річний Соренсен втратив ліву руку дев'ять років тому з-за нещасного випадку зі святковим феєрверком. Він носив бионический протез, який вже був досить досконалим: реагував на рух м'язів передпліччя, дозволяючи стискати і розтискати долоню і утримувати об'єкти. Однак без сенсорної зворотного зв'язку з нервовою системою Соренсен не міг відчувати предмет, який він тримає, і був змушений постійно дивитися на нього, щоб не упустити.
Детальніше:
При випробуваннях відчуває протеза пацієнтові зав'язали очі. Він повинен був на дотик визначити форму і жорсткість різних об'єктів, розрізнити круглі і квадратні, м'які і жорсткі предмети.
Випробування пройшли успішно: Соренсен відрізняв куля від пляшки, апельсин - від бейсбольного м'яча.
На сьогодні конструктори створили лише прототип відчуває штучної руки, тому сенсори і електроди після випробування поки вилучили з протеза. До комерційного виробництва таких протезів ще роками тривала. На наступному етапі інженерам належить мініатюризоване сенсорну електроніку. Крім того, вони будуть працювати над збільшенням тактильного дозволу і тонким налаштуванням для розпізнавання складної форми.
Відчуваючи штучна рука - це великий крок вперед в порівнянні з штучною рукою людини-кіборга Найджела Екланд, яку той демонстрував в Москві, про що можна прочитати в «Газеті.Ru».
Його штучна рука обертає пензлем, згинає окремо кожен палець і може навіть те, на що не здатна звичайна людська рука, - повертати зап'ясті на 180 градусів. Але відчувати ця рука не може.
Не відстають і сучасні бионические протези ніг. Їх рух управляється по нервах, тому вони вгадують намір господаря повернути праворуч або піднятися на сходинку. На одному такому протезі, про який писала «Газета.Ru», людина зуміла піднятися на 103-й поверх чиказького хмарочоса. Принцип дії цього протеза полягає в реєстрації сенсорами Електроміографічні сигналів, що виникають в м'язах стегна і говорять нозі, що їй робити далі. Перший же бионический протез ноги з'явився два роки тому, він дозволяв господареві підніматися по сходах і їздити на велосипеді. У його колінної чашечки знаходиться мікропроцесор і чотири датчика, які збирають інформацію про рух тіла, розподіл ваги і куті нахилу. А група інженерів з Університету Вандербільта створили біопротез з керованими суглобами коліна і щиколотки. Це забезпечується складною системою сенсорів, в тому числі гіроскопів і вимірників прискорення і масою іншої електроніки. Але всі ці біопротези не володіють тактильними відчуттям, на відміну від останнього створення італійських і швейцарських фахівців.
Детальніше:
Що стосується нашої країни, то до створення біонічних протезів кінцівок ще досить далеко. Хоча в цьому напрямку ведуться розробки мозок-комп'ютерних інтерфейсів в лабораторії доктора біологічних наук Олександра Каплана на біологічному факультеті МГУ. Наприклад, є мозок-комп'ютерний інтерфейс, за допомогою якого можна набирати текст на моніторі одними очима. Інший інтерфейс дозволяє управляти мініатюрним роботом, просто дивлячись йому в очі. І те й інше працює на основі запису електроенцефалограми людини, зчитуючи яку система перетворює електричні сигнали в ті чи інші дії. Ці технології фактично спроби створити для мозку додатковий штучний вихід, в обхід м'язів. Вони можуть дати можливість повністю паралізованому людині спілкуватися з іншими людьми і управляти зовнішніми маніпуляторами.
Своєю думкою про створення відчуває протеза руки Олександр Каплан поділився з «Газетой.Ru».
- Як ви оцінюєте появу відчуває протеза?
- Уже кілька років існують комерційні зразки клінічних протезів, які можуть перехоплювати команди мозку для управління рухом. Це робиться різними способами, ці команди можна перехоплювати прямо з м'язів цілої частини кінцівки, можна перехоплювати з нервів, які йдуть до цієї кінцівки, і можна перехоплювати від мозку. Тим чи іншим чином ці протези вже працюють, і частина їх просто продається на ринку.
Але слабким місцем всіх цих протезів було те, що людина не могла відчути, як же він стискає кисть, наприклад з яким зусиллям він бере той чи інший предмет.
Зрозуміло, що за такої умови людина не може якісно маніпулювати об'єктами зовнішнього середовища: можна щось зламати, можна щось не втримати. Навіть якщо на протез поставити датчики тиску, то куди передати цю інформацію, якщо немає каналів прямого зв'язку з мозком? Тому до цих пір інженери намагалися використовувати інформацію від датчиків в електронних мережах самого протеза - штучна рука повинна була сама розуміти, наскільки велике зусилля. Але це почуття не стосувалося самої людини.
Детальніше:
І ось нарешті перше вдале дослідження на реальному пацієнта. Штучні датчики дотику і зусилля, вбудовані в пальці, під'єднали безпосередньо до нервів. Здавалося б, ідея проста, але не так все просто. Нервові волокна - це провідники, що несуть не просто ток, а сигнал з певним кодуванням. І спробуйте створити таку саму систему кодування, яку раніше давали природні рецептори пальців. Це досить складний код.
Зараз дослідники примудрилися таким чином подати стимуляцію на нерви, щоб людина відчула це як реальне зусилля від пальців.
Не можна сказати, що зараз людина відчуває рівно те, що раніше відчував від природних рецепторів. Але вони наблизилися настільки, що людина може навчитися сприймати ці відчуття і досить вправно користується ними.
- Як ви вважаєте, які перспективи у цього напряму? Фахівці кажуть, що не за горами створення протеза всього людського тіла.
- Так, цей протез, про який ми говорили, не тільки отримує команди від мозку, але і дає мозку зворотну інформацію. Це крок в напрямку створення дуже природних замінників частин тіла. Ми вже давно пристосовуємо до тіла різні протези, починаючи з очок - це теж протез. Величезне число людей ходять з штучними суглобами, ми цього навіть не помічаємо. Зараз йде робота над можливістю замінювати вийшли з ладу органи - нирку, серце. Зараз вже є прототипи таких штучних органів, які вбудовуються в тіло.
Тому, звичайно, рано чи пізно ми отримаємо можливість заміщення будь-яких органів людини. І виникне питання, чи залишиться він людиною.
Але поки у людини залишається власний мозок, який є носієм особистості людини, його знань, пам'яті, - це людина, навіть якщо у нього велика частина органів замінена на протези. Природно, це вибір кожної людини, чи погодитися з таким протезуванням. Але далі це буде питання не стільки розвитку технологій, скільки морально-етичних проблем.