Протез руки управляется разумом человека.

Исследователи использовали слабые, скрытые сигналы от нервов рук и усилили их, чтобы создать протез, который позволяет в режиме реального времени осуществлять интуитивное управление роботизированной рукой на уровне пальцев.

Чтобы достичь этого, исследователи разработали способ обуздать темпераментные нервные окончания, разделить толстые нервные пучки на более мелкие волокна, которые обеспечивают более точный контроль, и усилить сигналы, поступающие через эти нервы.

Подход включает крошечные мышечные трансплантаты и алгоритмы машинного обучения, заимствованные из области интерфейса, мозг-машина.

 «Мы разработали методику индивидуального управления протезными устройствами с помощью нервов в остаточной конечности пациента. С его помощью мы смогли обеспечить некоторые из самых передовых протезов, которые когда-либо видел мир».

«Вы можете заставить протезную руку делать много вещей, но это не значит, что человек управляет этим интуитивно. Разница в том, что он работает с первой попытки, просто думая об этом, и это то, что предлагает наш подход», — говорит Синди Честек, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Техническом колледже.

«Это сработало с первой попытки. Там нет обучения для участников. Все обучение происходит в наших алгоритмах. Это отличается от других подходов».

Исследователи сообщают о своих результатах четырем участникам исследования, использующим руку Mobius Bionics LUKE в науке трансляционной медицины.

Нервы получают первое «Движение»

В то время как участникам исследования пока не разрешается брать руку домой, в лаборатории они могли собирать блоки с помощью клещей; двигайте большим пальцем непрерывным движением, а не выбирать из двух положений; поднимать объекты сферической формы; и даже играть в версию «Камень, бумага, ножницы» под названием «Камень, бумага, плоскогубцы».

«Это похоже на то, что у вас снова есть рука, — говорит участник исследования Джо Хэмилтон, который потерял руку в результате аварии на фейерверке в 2013 году. Это возвращает вас к чувству нормальной жизни.

Одно из самых больших препятствий в протезировании с контролем сознания — это использование сильного и стабильного нервного сигнала для питания бионической конечности. Некоторые исследовательские группы — те, кто работает в области взаимодействия между мозгом и машиной — идут до первоисточника, мозга. Это необходимо при работе с парализованными людьми. Но это агрессивно и рискованно.

Для людей с ампутацией периферические нервы — сеть, которая выходит из головного и спинного мозга — были интересны, но они еще не привели к долгосрочному решению по нескольким причинам: нервные сигналы, которые они несут, малы, и другие подходы к получению этих сигналов включали зондирование, подслушиваемое силой. Эти «гвозди в нервах», как иногда называют их исследователи, приводят к образованию рубцовой ткани, которая с течением времени теряет слабый сигнал.

Команда придумала лучший способ. Они обернули крошечные мышечные трансплантаты вокруг нервных окончаний в руках участников. Эти «интерфейсы регенеративных периферических нервов», или RPNI, предлагают отрезанным нервам новую ткань для фиксации. Это предотвращает рост нервных масс, называемых невромами, которые приводят к фантомной боли в конечностях.

Это также дает нервы мегафон. Мышечные трансплантаты усиливают нервные сигналы. У двух пациентов были имплантированы электроды в их мышечные трансплантаты, и электроды могли записывать эти нервные сигналы и передавать их протезной руке в режиме реального времени.

«Насколько мне известно, мы видели наибольшее напряжение, зарегистрированное нервом, по сравнению со всеми предыдущими результатами», — говорит Честек. «В предыдущих подходах вы могли получить 5 микровольт или 50 микровольт — очень и очень слабые сигналы. Мы видели первые в истории сигналы милливольт.

«Так что теперь мы можем получить доступ к сигналам, связанным с индивидуальным движением большого пальца, множественной степенью свободы движения большого пальца, отдельными пальцами. Это открывает совершенно новый мир для людей, которые являются пользователями протезов верхних конечностей».

И их интерфейс уже длился годами. Другие разлагаются в течение месяцев из-за рубцовой ткани.

БУДУЩЕЕ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ

Результаты также открывают новые возможности для этой области, говорит Честек, чей опыт заключается в алгоритмах машинного обучения в реальном времени для преобразования нейронных сигналов в намерение движения.

«Теперь мы обнаружили, что нервные сигналы достаточно хороши, чтобы применять весь мир, который мы изучили в алгоритмах управления мозгом, для контроля нервов», — говорит она.

Подход генерирует сигналы для более тонких движений, чем те, на которые способны современные протезы.

«Другие исследовательские группы также внесли свой вклад в это, но мы превзошли возможности протезов, которые доступны в настоящее время. Я думаю, что это является сильной мотивацией для дальнейших разработок со стороны компаний- протезистов», — говорит Филипп Ву, научный сотрудник в области биомедицинской инженерии и первый автор статьи. Клинические испытания продолжаются, и команда ищет участников.

 Как один человек с помощью протезного устройства делает что-то, что было немыслимо 10 лет назад, это очень приятно. Я так рад за наших участников и еще больше рад за всех людей в будущем, что это поможет».

Бионический протез руки стоимость зависит от комплектация протеза цена составляет от 169 117 рублей и заканчивается до 2 104 700 рублей. в России.

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

четырнадцать − шесть =