Нейроинтерфейсы научили парализованных ходить

Парализованные пациенты учатся ходить в виртуальной реальности.

Международной коллаборации учёных удалось частично восстановить чувствительность и мышечный контроль парализованных пациентов с помощью интерфейсов «мозг-компьютер». Исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports даёт людям с повреждениями спинного мозга, инсультом и другими серьёзными заболеваниями надежду на восстановление подвижности и независимости.

«В ходе исследования мы продемонстрировали, что пациенты, которые долго обучались с помощью интерфейса мозг-компьютер, показали улучшения двигательного поведения, тактильной чувствительности и функций висцеральной нервной системы ниже уровня повреждения спинного мозга, — говорит ведущий автор исследования Мигель Николелис (Miguel Nicolelis). — До этого момента никому не доводилось наблюдать восстановление этих функций у пациентов, спустя много лет после того, как у них был диагностирован полный паралич».

Программа нейрореабилитации была запущена в 2014 году в рамках проекта Walk again («Научись ходить заново»), над которым работают 100 учёных из 25 стран. В исследовании приняли участие 8 человек, перенёсших травмы спинного мозга и потерявших способность ходить. На момент начала реабилитации 5 из них были парализованы более 5 лет, 2 — более 10 лет. Самые заметные улучшения учёные наблюдали у 32-летней женщины, парализованной 13 лет. В начале программы она не могла даже стоять, опираясь на костыли, но постепенно научилась ходить с помощью опор-ходунков или опираясь на врача.

«Предыдущие исследования показывают, что у многих пациентов, с полной параплегией (совместный паралич обеих верхних или обеих нижних конечностей — прим. XX2 ВЕК) сохраняются спинномозговые нервы, — объясняет Николелис. — Эти нервы могут затихнуть на многие годы, потому что сигнал из коры не поступает к мускулам. Со временем тренировка с помощью интерфейса мозг-компьютер может вновь пробудить их. Возможно, сохраняются только несколько волокон, но этого бывает достаточно, чтобы передать сигналы двигательной зоны коры в спинной мозг».

Пациенты тренировались с помощью нейрокомпьютерных интерфейсов более двух часов в неделю. Они обучались управлять своим аватаром в виртуальной реальности, а шапочки с электродами записывали активность мозга с помощью электроэнцефалографии. В начале курса реабилитации участников исследования просили представить себе ходьбу, однако учёные не наблюдали никаких сигналов в зоне мозга, связанной с контролем мышц ног. «Если мы говорили «подвигайте руками», мы наблюдали изменение активности мозга. Но репрезентацию нижних конечностей их мозг стёр практически полностью», — говорит Николелис. Однако спустя несколько месяцев, учёные наконец увидели ожидаемые изменения.

Со временем в программу тренировок помимо виртуальной реальности включили и более сложные тренажёры, в том числе, реабилитационные комплексы ZeroG и Locomat и экзоскелеты. Спустя 7 месяцев состояние некоторых пациентов стало улучшаться. Через год у четырёх из них начали восстанавливаться чувствительность и мышечный контроль, и врачи изменили диагноз «полный паралич» на «частичный». У большинства участников исследования улучшился контроль мочевого пузыря и функция кишечника. Они стали менее зависимы от слабительных и катетеров, кроме того снизился риск проникновения инфекции — одной из основных причин смерти парализованных людей. «Начиная этот проект, мы не могли предвидеть этот удивительный клинический исход», — говорит Николелис.

Почти все пациенты продолжают курс реабилитации, и учёные намерены опубликовать дополнительные данные о том, как продвигается процесс. Кроме того, они планируют начать новое исследование с участием людей, получивших травмы спинного мозга недавно. Научная группа работает над адаптацией технологий реабилитации, чтобы пациенты, которые не имеют доступа к дорогому оборудованию, могли восстанавливаться дома.

Нейрокомпьютерный интерфейс, НКИ (также «прямой нейронный интерфейс», «мозговой интерфейс», «интерфейс „мозг — компьютер“») — система, созданная для обмена информацией между мозгом и электронным устройством (например, компьютером или протезом). В однонаправленных интерфейсах внешние устройства могут либо принимать сигналы от мозга, либо посылать их. Двунаправленные интерфейсы позволяют мозгу и внешним устройствам обмениваться информацией в обоих направлениях.

Исследования НКИ начались в 1970-х годах в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. В середине 90-х в организм человека были имплантированы первые устройства, способные передавать биологическую информацию от тела к компьютеру. С их помощью удавалось восстанавливать поврежденные функции слуха, зрения и утраченные двигательные навыки.