Исследование, опубликованное в Scientific Reports, показывает, что восемь человек с травмами спинного мозга, многие из которых были парализованы в течение нескольких лет, вновь обрели частичную чувствительность и контроль над мышцами нижних конечностей после тренировки с помощью робототехники, управляемой мозгом.

Исследование является частью проекта «Начни ходить заново», проводимого в Сан-Паулу, Бразилия, участники которого - люди с парализованными нижними конечностями, пережившие травму позвоночника в результате автомобильной аварии, удара, падения и других травм. Цель программы - помочь участникам восстановить силы, подвижность и приобрести независимость.

Проект «Начни ходить заново» является результатом сотрудничества более 100 ученых из 25 стран. Их совместные усилия позволили человеку с параличом ударить по футбольному мячу во время церемонии открытия чемпионата мира по футболу 2014 в Сан-Паулу с помощью роботизированного экзоскелета, управляемого мозгом.

Исследование под руководством нейробиолога Мигеля Николелиса из университета Дюка продолжает предыдущие исследования, посвященные тому, как популяции клеток головного мозга представляют сенсорную и моторную информацию и как они формируют  поведение и движение верхних и нижних конечностей.

Предыдущие исследования проложили путь для использования мозгокомпьютерного интерфейса человеком

В одном из исследований доктор Николелис фиксировал активность мозга крыс, обученных тянуть роботизированный рычаг, чтобы сделать глоток воды с использованием вживленных в мозг микроэлектродов. Мозгокомпьютерный интерфейс позволил крысам научиться контролировать рычаг, используя исключительно мозговую активность.

В другом исследовании рассматривалось, как макаки-резусы управляли роботизированными конечностями и своими анимированными изображениями на цифровом экране. Также они перемещали кресло-каталку в сторону миски с виноградом с помощью мозговой активности. Макаки-резусы учились ходить на беговой дорожке с помощью роботизированных ног, управляемых мозгом.

Эксперименты с крысами и приматами помогли разработать модель для людей. Активность мозга была зафиксирована у пациентов, когда они хватали мяч рукой с разной силой.

«Важно понимать механизм кодирования движений мозгом, - говорит доктор Николелис. - Мы открыли принципы, как работает мозг, но мы не могли бы этого сделать без проникновения внутрь мозга».

«Никто не ожидал, что обнаружится частичное восстановление неврологических сенсомоторных и висцеральных функций», - добавляет он.

Цель нового исследования заключалась в улучшении протезирования и мозго-управляемых устройств для людей с ограниченными физическими возможностями.

Восстановление пациентов с длительным параличом

Используя мозгокомпьютерный интерфейс и систему виртуальной реальности, пациенты использовали свою мозговую деятельность, чтобы имитировать полный контроль над ногами. В начале реабилитации пять участников были парализованы как минимум 5 лет, и двое были парализованы более 10 лет.

«Данная работа показывает, что пациенты, которые использовали мозгокомпьютерный интерфейс длительное время, почувствовали улучшение моторики, тактильных ощущений и висцеральных функций ниже уровня повреждения спинного мозга», - объясняет доктор Николелис.

«До сих пор никто не видел восстановление этих функций у больного столько лет спустя после постановки диагноза полного паралича», - добавляет он.

По словам доктора Николелиса, участники надевали рукав, оснащенный сенсорами (тактильная навигация), чтобы набраться опыта и потренировать мозг. В тактильной навигации используются различные вибрации, чтобы создать тактильные ощущения.

«Тактильная обратная связь синхронизируется, и мозг пациента создает ощущение, что он ходит сам, а не с помощью устройств, - говорит доктор Николелис. – Создается иллюзия того, что ноги чувствуются. Наша теория заключается в том, что делая это, мы создаем движение не только на уровне коры, но и на уровне спинного мозга».

Диагностика улучшилась в случаях полного и частичного паралича

Восемь пациентов проводили не менее 2 часов в неделю, используя мозгокомпьютерный интерфейс или устройства, контролируемые сигналами мозга. После нескольких месяцев обучения ученые наблюдали за активностью мозга, которую они ожидали, когда пациенты думали о движении ног.

«Фактически, тренировки заново установили представление пациентов о нижних конечностях», - говорит доктор Николелис.

После года тренировок ощущения и мышечный контроль четырех пациентов существенно изменился, и врачи обновили диагнозы от полного к частичному параличу.

Контроль мочевого пузыря и кишечника у пациентов также улучшился, снизилось употребление слабительных и использование катетеров. Уменьшился риск инфекции, который нередко встречается у пациентов с хроническим параличом и одной из ведущих причин смерти.

«Одно из предыдущих исследований показало, что у большого процента пациентов, которым диагностировали полную параплегию, еще есть  спинномозговые нервы, остающиеся нетронутыми, - говорит доктор Николелис. - Эти нервы остаются пассивными в течение многих лет, потому что нет сигнала от коры головного мозга к мышцам. Обучение с помощью мозгокомпьютерного интерфейса может возродить эти нервы. Этого может быть достаточно, чтобы передать сигналы из зоны двигательной коры головного мозга к спинному мозгу».

Ученые предоставили видео технологии и пациентов, чтобы проиллюстрировать свои успехи.

Будущие испытания будут сосредоточены на пациентах с недавней травмой позвоночника, чтобы определить, может ли быстрое лечение привести к лучшим результатам.

Источник: medicalnewstoday.com/articles/312266

Дата публикации: 
пятница, августа 12, 2016