Создан прибор, позволяющий человеку двигать парализованными конечностями

Благодаря инновационным исследованиям ученых из Медицинского Центра Векснер при Университете Штата Огайо (Ohio State University Wexner Medical Center, США) и некоммерческой организации Battelle парализованный человек впервые смог силой мысли заставить свою руку двигаться.

Йен Бурхарт (Ian Burkhart), 23-летний молодой человек из города Дублин (штат Огайо, США), страдающий квадраплегией (параличом четырех конечностей), стал первым пациентом, который использовал Neurobridge – электронный нейронный шунт, устанавливающий прямую связь между головным мозгом и мышцами пациента с повреждениями спинного мозга, что позволяет получить сознательный и функциональный контроль над парализованной конечностью. Бурхарт стал первым из пяти потенциальных участников клинического испытания.

По словам Чеда Бутона (Chad Bouton), руководителя исследования из Battelle, прибор напоминает сердечный шунт, но вместо того, чтобы шунтировать кровоток, он создает обходной анастомоз для электрических сигналов. «Мы берем электрические сигналы из головного мозга, обводим их мимо области повреждения и направляем непосредственно к мышцам», – говорит Бутон.

Технология Neurobridge сочетает алгоритмы, которые изучают и расшифровывают активность головного мозга пользователя, и высококачественный рукав-стимулятор мышц, транслирующий нервные импульсы из головного мозга и передающий новые сигналы в парализованную конечность. В данном клиническом случае сигналы из головного мозга Йена проходят по обходному пути мимо поврежденного позвонка и двигают его рукой. Именно поэтому новый прибор получил название Neurobridge (дословный перевод с английского языка «нейромост»).

Бурхарт, которого парализовало 4 года назад после несчастного случая во время дайвинга, посчитал возможность поучаствовать в шестимесячном клиническом испытании, одобренном Управлением по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов США (U.S. Food and Drug Administration, США) и проходившем в Медицинском Центре Векснер при Университете Штата Огайо, своим шансом помочь другим людям с повреждениями позвоночника.

Технология уже долго разрабатывается специалистами. Работая в течение десятилетия над проектом с внутренним финансированием, направленным на создание алгоритмов, компьютерной программы и стимулирующего рукава, ученые из организации Battelle сначала записали нервные импульсы из электронной матрицы, имплантированной в головной мозг парализованного человека. Они использовали эти данные для того, чтобы продемонстрировать эффект воздействия устройства на пациента и подтвердить эффективность предложенной концепции.

Два года назад Бутон и его исследовательская команда начала сотрудничать с доктором Али Резай (Ali Rezai) и доктором Джерри Мусив (Jerry Mysiw) врачами-исследователями, специалистами в области нейробиологии из Медицинского Центра Векснер. Ученые разработали дизайн клинических испытаний и обосновали возможность использования технологии Neurobridge у пациентов.

22 апреля во время трехчасового хирургического вмешательства доктор Резай имплантировал чип размером с горошину в моторную кору головного мозга Бурхарта. Чип сверхмалого размера интерпретирует сигналы головного мозга и посылает их в компьютер, который расшифровывает и посылает их в высокоточный рукав-стимулятор мышц, стимулирующий соответствующие мышцы на выполнение желаемых движений. В течение десятой доли секунды мысли Бурхарта транслируются в движение.

По словам доктора Резай, во время хирургического вмешательства нужно было точно имплантировать датчик-микрочип в область головного мозга Йена, которая контролирует движения его руки и ладони.

По мнению врача, однажды технология сможет помочь пациентам, перенесшим различные повреждения головного и спинного мозга, например, инсульт и травму головного мозга.

Организация Battelle также разработала неинвазивную технологию нейростимуляциии в виде рукава с проводами, который точно активирует маленькие мышечные сегменты руки, позволяя совершать движения каждым пальцем, что вместе с компьютерным обеспечением образует «виртуальный позвоночник», координирующий динамические движения руки и запястья.

Исследовательские команды из Университета Штата Огайо и организации Battelle вместе работали над поиском правильной последовательности подсоединения электродов для стимуляции, позволяющей Бурхарту совершать функциональные движения пальцами и рукой. Например, Бурхарт использует различные сигналы головного мозга для того, чтобы делать круговое движение рукой, сжимать руку в кулак или сжимать пальцы вместе для того, чтобы взять какой-либо предмет. Как часть исследования, Бурхарт в течение месяцев работал над тем, чтобы, используя электронный рукав для стимуляции предплечья, восстановить атрофировавшиеся мышцы таким образом, чтобы они стали более чувствительными к электронной стимуляции.

По словам Мусива, руководителя кафедры физической медицины и реабилитации в Университете Штата Огайо, в течение многих лет занимающегося реабилитацией, это исследование – большой шаг вперед в области разработки методов терапии, которые специалисты могут предложить парализованным пациентам.

Бурхарт с надеждой смотрит в будущее. «Хорошо, что я еще молод, потому что успехи в области науки и техники быстро растут и в дальнейшем будут только приумножаться», – говорит Бурхарт.

Фото: Battelle

По материалам Ohio State University, Wexner Medical Center