Парализованного человека научили ходить при помощи силы мысли и нейроинтерфейса

Общее описание всей системы, использованной для реабилитации и обучения ходьбе человека с параплегией нижних конечностей

Группа специалистов по неврологии и медицинской компьютерной технике из Калифорнийского университета научила полностью парализованного ниже пояса человека ходить при помощи сложной системы, состоящей из нейроинтерфейса (мозг – компьютер), аппарата нейромускульной стимуляции и специального подвеса. По заявлению авторов исследования, это первый успешный пример реализации такого рода системы, позволившей страдающему параплегией человеку частично восстановить утраченную вследствие травмы способность самостоятельно передвигаться. Работа опубликована в журнале Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation.

Целью авторов исследования было доказать принципиальную возможность использования внешних (а впоследствии и имплантируемых) интерфейсов «мозг – компьютер», биологической обратной связи и функциональной электростимуляции для реабилитации полностью парализованных людей. Для этого они провели специальный отбор испытуемых. Для эксперимента был выбран 26-летний молодой человек, получивший травму грудного отдела позвоночника, повлекшую разрыв спинного мозга и полный паралич нижних конечностей и мышц живота.

На первом этапе эксперимента устраивались специальные обучающие сессии. У испытуемого в течение десяти минут снимали электроэнцефалограмму. Каждые тридцать секунд он должен был представлять, что осуществляет шаги. Следующие тридцать секунд – что находится в покое. Таким образом, ученые выявили его индивидуальный паттерн электрической активности мозга связанный с ходьбой и покоем. Выяснилось, что при мысли о ходьбе в зонах мозга, отвечающих за движение (в правом и левом полушарии) у него возникает синхронизация низкочастотного бета-ритма (13-16 Гц), а также десинхронизация высокочастотного бета-ритма (23-28 Гц) в центральных областях моторной коры.

Синхронизация бета-ритма от отведений CP3 и CP4. Десинхронизация бета-ритма от отведения Cz

На втором этапе, больного тренировали при помощи биологической обратной связи сознательно отслеживать и управлять паттернами своих электрофизиологических реакций. Для этого он учился «силой мысли» заставлять ходить аватара на экране компьютера. Если испытуемому удавалось успешно активировать ранее выявленный паттерн для ходьбы – аватар делал шаг, а если паттерн покоя – то останавливался. Тренировки продолжались до тех пор, пока больной не научился уверенно управлять трехмерным аватаром, делая двухсекундные остановки и меняя направление движения.

На третьей стадии эксперимента, парализованный испытуемый прошел курс нейромускульной стимуляции. Этот метод позволяет активировать нервные клетки посредством внешнего электрического воздействия, благодаря чему можно заставить сокращаться находящиеся под их управлением мышцы. Больному активизировали, прежде всего, бедренные нервы и мышцы ног, что позволило их в достаточной степени укрепить и подготовить для ходьбы.

Аватар в виртуальной реальности, которым обучался управлять парализованный испытуемый

Последний стадией эксперимента стало объединение нейроинтерфейса и прибора нейромускульной стимуляции в единую систему под управлением носимого компьютера. Парализованного больного поместили в специальный подвес, чтобы он не упал во время ходьбы под собственной тяжестью. Далее он представлял, что осуществляет шаг, нейроинтерфейс считывал соответствующий электроэнцефалографический паттерн и предавал через Bluetooth-соединение информацию в расположенный на поясе компьютер. Тот в свою очередь давал команду прикрепленным к правому или левому бедру приборам функциональной электростимуляции, активировавшим бедренные нервы и позволявшим мышцам сократиться. Таким образом, больной делал шаг правой или левой ногой.

Согласно опросам, более 60 процентов парализованных людей готовы на операцию по имплантации вживляемого нейроинтерфейса, если это позволит хотя бы частично вернуть подвижность и относительную самостоятельность. Однако до разработки такого рода систем требовалось доказать, что они в принципе способны помочь в реабилитации больных с параплегией (параличом обеих конечностей).

Источник: "N+1"