Как поднять на ноги парализованного человека

Считывая двигательные импульсы мозга с помощью ЭЭГ-аппарата и передавая их на мышцы ног, можно вернуть парализованному человеку способность ходить.

«Парализованный человек встал и пошёл!» – обычно такие заголовки можно встретить в жёлтой прессе религиозно-эзотерического направления, однако, похоже, скоро такие вещи станут скучной медицинской рутиной. В статье в Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation группа исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Калифорнийского университета в Ирвайне рассказывает, как им удалось вернуть 26-летнему парализованному пациенту способность ходить.

Паралич конечностей наступает чаще всего в результате травмы позвоночника. Чтобы вернуть контроль над телом, требуется восстановить после повреждения нейронные проводящие пути, однако сделать это довольно сложно. Есть обходной путь: снабдить парализованного нейрокомпьютерным устройством, которое будет принимать сигналы из мозга и передавать их в виде электрических команд либо непосредственно мышцам конечностей, либо экзоскелетной конструкции.

В данном случае нейробиологи пошли по второму пути: устройство, регистрирующее электрические ритмы мозга, посылало двигательные сигналы в электроды, закреплённые на коленях, а оттуда уже сигналы шли в мышцы ног. Прогулке предшествовал долгий подготовительный период – хотя мозг способен генерировать нужные импульсы даже спустя годы после наступления паралича, точность и порядок таких импульсов расстраиваются, и человек поначалу должен выучиться управлять виртуальной ходьбой с помощью компьютерного аватара.

Затем наступило время реальных физических тренировок, во время которых, однако, ноги пока ещё не касались земли, пациент ходил «по воздуху». Таких «воздушных» тренировок прошло целых девятнадцать, а на двадцатую парализованного человека поставили на пол и дали ему пройти чуть более 3,5 метров. При этом, конечно, от падения его предохраняла специальная поддерживающая тело конструкция. Затем последовали ещё несколько недель тренировок, и, по словам авторов работы, способность пациента контролировать конечности возрастала раз от разу.

Важно, что здесь удалось обойтись без вживления электродов в мозг – считывание сигналов происходило с помощью электроэнцефалографического аппарата. Однако система с мозговыми и со спинномозговыми имплантатами всё же может быть удобнее: она всегда остаётся с пользователем, и не нужно каждый раз, когда захочется пройтись, надевать на себя аппарат для преобразования сигнала. Наконец, имплантат может передавать обратно в мозг ощущения от парализованной конечности или от протеза. Так что, вероятно, будущая система нейрокомпьютерного контроля будет всё-таки имплантируемой, но, безусловно, с учётом достижений вот таких неинвазивных методов, подобных вышеописанному.

Разумеется, полученные результаты хорошо бы повторить и с другими пациентами, ведь пока что у нас пошёл только один парализованный. Кроме того, в ней надо бы предусмотреть дополнительные возможности, в частности, чтобы устройство помогало поддерживать тонус мышц спины, без чего невозможно сохранять равновесие при ходьбе. Если удастся так сделать, то человек сможет обойтись без искусственных подпорок.

Создание протезов и «оживление» парализованных частей тела – одна из самых актуальных областей современной нейробиологии. Правда, обычно больше внимания достаётся не ногам, а рукам, что понятно – рукой мы совершаем намного больше разнообразных движений: берём ложку, забиваем гвозди, играем на рояле.

Понятно, какая это колоссальная задача – снабдить искусственную руку такой же чувствительностью и научиться управлять ей так же, как настоящей. С другой стороны, успехи тут тоже достигнуты колоссальные; так, год назад мы писали о том, как механическую руку научили брать ягоду, не раздавив её, чистить зубы и отличать на ощупь характер поверхности. Если же говорить о нейрокомпьютерных интерфейсах, то здесь нельзя не вспомнить про эксперименты лаборатории Мигеля Николелиса в Университете Дьюка, где давно занимаются расшифровкой мозговых сигналов и переводом их на язык электронного устройства. Наконец, в начале года мы писали о работах Павла Мусиенко, который вместе с коллегами занимается разработкой спинномозговых имплантатов, в буквальном смысле помогающих встать на ноги – если не вдаваться в подробности, то их принцип действия основан на электрохимической стимуляции спинного мозга, который сам вполне способен поддерживать координацию довольно сложных движений.