Ученые дали возможность ощущать больному с парализованными конечностями

Группа ученых под руководством Ричарда Андерсена (Калифорнийский технологический институт, США) заставила парализованного больного, потерявшего чувствительность кожи, вновь чувствовать.

Для этого они использовали микроэлектроды, которые вживили в область первичной соматосенсорной коры головного мозга.

Она располагается в извилине коры, позади центральной борозды. У этой области есть уникальное свойство: точкам на ее поверхности соответствуют участки кожи по всему телу. Именно соматосенсорная кора обрабатывает сигналы от кожных рецепторов, и человек чувствует изменение температуры, давление или боль. Этот же участок «отвечает» и за ощущение собственного тела в пространстве.

Если поврежден спинной мозг, то связь между рецепторами и соматосенсорной корой разрывается. При таком параличе теряется не только подвижность, но и чувствительность конечностей. Сама кора мозга не затрагивается, но к ней не поступают сигналы. Хотя такая травма неизлечима, можно стимулировать кору напрямую, и человек будет испытывать ощущения, подобные естественным. Этот эффект известен давно, однако ранее ученые применяли достаточно грубое раздражение электрическим током: ощущения возникали неестественные, причем с дополнительными «шумами» — в виде покалываний или незначительных ударов током.

Исследователи решили использовать вживленные в мозг микроэлектроды. Такой подход увеличивал точность стимуляции и позволял уменьшить силу тока.

Эксперимент проводили на больном, парализованном ниже шеи вследствие травмы спинного мозга. Два имплантата с микроэлектродами вживили в область соматосенсорной коры.

Конечно, вызываемые при стимуляции ощущения не были полностью идентичны естественным, но эксперимент дал интересные результаты. Не все электроды вызывали чувствительность (46 из 96, 48%), однако отклик был стойким, а ложные «срабатывания» не наблюдались. Влияния предыдущих стимуляций на последующие не наблюдалось, реакция была схожа с естественной: поступает определенный сигнал, в результате возникает соответствующее ощущение. Осложнений и болевых ощущений не было ни во время эксперимента, ни после.

На рисунке слева (А) показаны зоны, в которых возникали ощущения передней (светлые оттенки) и задней (темные оттенки) сторон руки и кисти (голубой цвет). Правее показано, какие именно микроэлектроды на электродных решетках имплантата соответствуют этим зонам. На схеме справа обозначен вид испытываемых ощущений: красным цветом показана кожная чувствительность, синим — проприоцептивная, то есть ощущения тела в пространстве. Как видно на рисунке, некоторые электроды вызывали смешанное ощущение. Кожные ощущения вызывало стимулирование 45% электродов, 32% вызывали ощущение движения, а 23% — оба вида ощущений.

Больной во время эксперимента четко описывал свои ощущения, которые были разнообразными и соответствовали естественным: нажатия, постукивание, движение руки.

Эксперимент наглядно показал преимущество стимуляции вживленными микроэлектродами — чувства были практически настоящими и при этом четкими, без «шума». В дальнейшем исследовательская группа намерена составить подробную карту для электростимуляции, точно определив участки коры и соответствующие им ощущения.

Исследование имеет большое значение для разработки нейроинтерфейсов и бионических протезов конечностей.