Пациент с протезом руки без подготовки различил предметы на ощупь
Ученые из Сколтеха, компании «Моторика» и Дальневосточного федерального университета впервые сравнили ощущения в фантомной конечности при стимуляции спинного мозга и периферического нерва у одних и тех же пациентов. Получая обратную связь от протезов руки в виде электростимуляции, пациенты смогли различить на ощупь предметы разных размеров, а также мягкие и твердые объекты. Исследование продолжалось месяц, что позволило рассмотреть динамику обучения и привыкания к стимуляции у пациентов, причем анализу подвергались не только их отчеты о субъективных ощущениях, но и отклик мозга на электроэнцефалограмме.
Работа опубликована в журнале Frontiers in Neuroscience и поддержана грантом РНФ. Научная группа работала с двумя пациентами с ампутацией на уровне плеча — между локтевым и плечевым суставами. Обоим пациентам имплантировали электрод вблизи спинного мозга и в периферический нерв руки. Эти два электрода отвечают за разные типы стимуляции, восприятие которых сравнивалось в исследовании.
Ученые впервые в мире провели спинальное и периферическое картирование на одних и тех же пациентах. Это значит, что каждому пациенту подавалась в разное время и та и другая стимуляция (или и та и другая сразу), причем параметры воздействия варьировались, а пациент описывал свои субъективные ощущения и как они меняются. Оказалось, что периферическая стимуляция — то есть та, что использует электрод в плече — вызывает более точечные ощущения, которые в большей степени напоминают естественную обратную связь от здоровой конечности.
Другой уникальный момент исследования: в процессе картирования записывались не только отчеты испытуемых об их субъективных ощущениях, но и электроэнцефалограмма. То есть ученые зафиксировали и рассмотрели еще и объективный ответ организма на воздействие с точки зрения активности мозга. Анализ показал, что при периферической стимуляции активность мозга сильнее латерализована, то есть по-разному выражена в правом и левом полушарии. Эта особенность согласуется с субъективными впечатлениями, что интуитивно ясно из принципа: движению правой руки соответствует активность в левом полушарии (и наоборот).
«Кроме того, электроэнцефалограмма показала, что при периферической стимуляции сигнал в мозге сильнее утихает со временем, — добавляет первый автор исследования, научный сотрудник Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Сколтеха Гурген Согоян, аспирант программы Сколтеха „Науки о жизни“. — Мы объясняем это тем, что к такой стимуляции нервная система адаптируется быстрее. В случае спинальной стимуляции подобного эффекта не наблюдается, то есть привыкание к стимулу не наступает. А привыкание означает адаптацию, что косвенно говорит о том, что соответствующий стимул воспринимается мозгом как более естественный».
«Кстати, у одного из испытуемых день ото дня при картировании ощущения становились все более естественными, — продолжает ученый. — Такая возможность положительной динамики вселяет оптимизм касательно перспектив широкого внедрения нейропротезов с обратной связью и одновременно подчеркивает необходимость многодневных исследований вроде нашего, которые лучше имитируют жизнь пациента с протезом».
Эксперименты проходили в несколько этапов. Исследователи разработали нейропротез с обратной связью, вызывающей тактильные ощущения. Пациентам предлагалось с закрытыми глазами подержать протезом цилиндры трех размеров, и один из участников эксперимента смог с ходу, без обучения различать предметы со статистически значимым результатом, то есть не наугад, на основании периферической стимуляции. Второй пациент на этом этапе не справился с заданием.
Затем обоих участников обучили, и они справились с заданием, а процент ошибок снизился. После перерыва на несколько дней (важное достоинство такого рода продолжительных исследований) выяснилось, что процент ошибок снизился еще сильнее. То есть мозг лучше усвоил изученное без какого бы то ни было дополнительного обучения. Один из пациентов даже смог различать предметы используя спинальную стимуляцию. Исследователи предполагают, что последнее может объясняться переносом изученного навыка с одного вида стимуляции на другой.
В другом эксперименте пациенты различали жесткие и мягкие цилиндрические предметы. Один из пациентов снова справился с заданием без предварительного обучения, с обучением — оба. В этом эксперименте использовалась мультимодальная стимуляция, то есть периферическая и поверхностная (третий вид воздействия) стимуляция имитировали тактильность и проприоцепцию — ощущение относительного положения в пространстве частей тела.
«На предыдущих этапах специалисты с помощью электростимуляции периферических нервов пациентов зафиксировали возможность различать через протез руки, твердый предмет или мягкий, а также его размер. Команда добилась стабильных ощущений в искусственных конечностях при электростимуляции и уменьшила фантомные боли на 90 процентов через стимуляцию спинного мозга и периферической нервной системы. Мы сделали прорывной шаг вперед: речь идет не только о большей управляемости протезом, но и о передаче ощущений от устройства к пользователю», — рассказал соавтор исследования, руководитель департамента нейротехнологий компании «Моторика» Юрий Матвиенко.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно