Нейроинтерфейсы и технология VR помогли парализованным людям сделать первые шаги после травмы
Учёные помогли частично восстановить чувствительность и мышечный контроль восьми пациентам, страдающим от полного паралича ног (в результате травмы спинного мозга). На помощь пришли роботизированные технологии и виртуальная реальность (VR).
Первая в своём роде реабилитационная программа, проводимая исследователями из Бразилии в рамках проекта Walk Again Project ("Научись ходить заново"), показала, что пациенты, которые были парализованы в течение нескольких лет, смогли сделать свои первые шаги после травмы – одна женщина смогла продемонстрировать движение после 13 лет парализации.
Такое исследование может дать людям с повреждениями спинного мозга, инсультом и другими серьёзными заболеваниями надежду на восстановление, говорят учёные.
Пациенты использовали нейрокомпьютерный интерфейс (brain-machine interface) – это система, созданная для обмена информацией между мозгом и электронным устройством. В однонаправленных интерфейсах внешние устройства могут либо принимать сигналы от мозга, либо посылать ему сигналы. А двунаправленные интерфейсы позволяют мозгу и внешним устройствам обмениваться информацией в обоих направлениях.
Подход команды учёных под руководством ведущего автора исследования нейробиолога Мигеля Николелиса (Miguel Nicolelis) из Центра нейроинженерии при Университете Дьюка является полностью неинвазивным и предполагает долговременные тренировки с устройствами, которые помогают "проснуться" нервам, которые вследствие аварии становятся неактивными.
Система нейрокомпьютерного интерфейса напрямую устанавливает связь между мозгом и компьютером (или зачастую с протезами – роботизированными конечностями). В течение последних двух десятилетий Николелис работал над созданием и совершенствованием системы, которая помогла людям снова восстановить контроль за движениями.
"Некоторые более ранние исследования показывали, что у большого процента пациентов, которым была диагностирована полная параплегия (совместный паралич обеих верхних или обеих нижних конечностей), сохраняются спинномозговые нервы. Эти нервы могут оставаться пассивными в течение многих лет, поскольку сигнал из коры головного мозга не поступает к мышцам", — говорит учёный.
Но, продолжает он, за время работ с нейрокомпьютерным интерфейсом можно вновь их "разбудить". "Вероятно, сохраняются только небольшое количество волокон, но этого может быть достаточно, чтобы передать сигналы двигательной зоны коры головного мозга в спинной мозг", — отмечает он.
Восемь пациентов тренировались не менее двух часов в неделю, используя нейрокомпьютерный интерфейс или устройства, управляемые с помощью сигналов мозга. Изначально они обучались управлять своим собственным аватаром (цифровой копией) в виртуальной реальности.
Пациенты носили особые шапки с 11 электродами, записывающими активность мозга с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Изначально, когда участников просили представить ходьбу в виртуальной среде, учёные не наблюдали никаких ожидаемых сигналов в областях мозга, связанных с контролем за движением их ног.
Но спустя месяцы тренировок учёные заметили существенные изменения. По мере того, как появлялся прогресс, пациенты начинали тренироваться с более сложным оборудованием, среди которых – аппараты ZeroG и Lokomat, используемые в некоторых центрах физической терапии в США. Также применялся и экзоскелет Pinto. Напомним, что именно благодаря ему паралитик смог открыть Чемпионат мира по футболу 2014.
В начале проекта пять участников были парализованы не менее пяти лет, двое – на протяжении более десяти лет. Одной из пациенток была 32-летняя женщина, которая была парализована около 13 лет, и она показала, пожалуй, самые заметные изменения во время исследования. В начале проекта она не могла стоять даже с помощью костылей, но после тренировок женщина смогла ходить с помощью специальных ходунков, костылей или при поддержке терапевта.
Некоторые участники эксперимента увидели изменения уже после семи месяцев тренировок. После года занятий чувствительность и мышечный контроль пациентов возросли настолько, что врачи изменили диагноз – от полного до частичного паралича.
Большинство пациентов отмечали также улучшение в контроле мочевого пузыря и функции кишечника. По словам Николелиса, люди стали менее зависимы от слабительных и катетеров.
"Благодаря таким изменениям снизился и риск возникновения инфекций, которые широко распространены у парализованных пациентов и многие из которых приводят к смерти. Хотя мы не могли предугадать такой удивительный результат, когда только начинали этот проект", — признаётся Николелис.
"Мы показываем в данной работе, что пациенты, которые использовали нейрокомпьютерный интерфейс на протяжении длительного времени, демонстрируют улучшения двигательного поведения, тактильной чувствительности и функций висцеральной системы ниже уровня повреждения спинного мозга.
До сих пор никто прежде не наблюдал восстановление этих функций у пациентов спустя много лет после того, как у них был диагностирован полный паралич", — отмечает Мигель Николелис.
По словам нейробиолога, большинство пациентов намерены продолжить своё восстановление, и он вместе с коллегами планирует опубликовать научную работу о процессе восстановления и его результатах.
Кроме того, Николелис задумывается о новом исследовании с участием пациентов, которые только недавно получили травмы спинного мозга, чтобы выяснить, будет ли восстановление происходит быстрее и лучшими результатами.
Работа Николесиса и его коллег опубликована в научном издании Scientific Reports.
