Впервые учёные предоставили возможность человеку с ампутированной конечностью почувствовать температуру через протез руки, преодолев, по словам исследователей, одно из последних препятствий на пути к тому, чтобы наделить протезирование полным спектром чувств, доступных в человеческой конечности.
Команда достигла этого, имплантировав небольшое устройство в протез руки пациента. Данное устройство включало датчик температуры, который был размещён на кончике указательного пальца и был связан с аппаратом, или термодатчиком, подключённым к тому, что осталось от руки пациента. Это создало петлю обратной связи, в которой изменения температуры, обнаруженные датчиком, передавались в центральную нервную систему пациента; затем мозг интерпретировал изменения температуры как «ощущаемые» в отсутствующей руке.
Фабрицио (Fabrizio), 57-летнему мужчине из Италии, чья фамилия не разглашается по соображениям конфиденциальности, ампутировали правую руку ниже локтя, когда ему было 20 лет, именно он и стал первым человеком, получившим новое устройство. Более года он участвовал в лабораторных экспериментах, которые в конечном итоге продемонстрировали способность его модифицированного протеза конечности определять температуру.
Например, в одном эксперименте Фабрицио успешно различал визуально идентичные бутылки с водой, температура которых варьировалась от 104 градусов по Фаренгейту (40 градусов по Цельсию) до 68 °F (20 °C). Он правильно определял температуру каждый раз, когда использовал новое устройство, по сравнению с 33% случаев, когда оно было выключено.
В другом тесте он гораздо быстрее сортировал металлические кубики разной температуры с устройством, чем без него. В ещё одном случае, с завязанными глазами, Фабрицио отличал человеческую руку от протеза, просто тыча в них пальцем — в 80% тестах с устройством по сравнению с 60% без устройства.
Исследователи, создавшие новое устройство, описали свои выводы в статье, опубликованной в пятницу (9 февраля) в журнале Med. Они говорят, что изобретение выполняет полезную функцию и может сделать жизнь людей с ампутированными конечностями более приятной.
«Мы склонны недооценивать важность руки как способа эффективного взаимодействия с другими людьми», — сказал Live Science Сильвестро Мичера (Silvestro Micera), соавтор исследования и профессор трансляционной нейроинженерии в Швейцарском федеральном технологическом институте Лозанны.
«Что было действительно здорово наблюдать, так это то, как однажды Фабрицио случайно коснулся руки одного из студентов [в лаборатории], после чего сказал: «Ух ты, это человек», — сказал Мичера. — Так что здорово то, что можно почувствовать, что ты касаешься другого человека.»
За прошедшие годы развитие технологий улучшило сенсорную способность протезов конечностей. Однако восприятие температуры действительно непросто воспроизвести искусственно.
В 2023 году Мичера и его коллеги обнаружили, что люди, у которых были удалены части рук, всё ещё могут чувствовать различную температуру, воздействующую на кожу на культях конечностей. Также хорошо известно, что люди с ампутированными конечностями часто продолжают ощущать свою утраченную конечность так, как если бы она всё ещё была там — феномен, называемый «фантомной конечностью».
Команда разработала способ задействовать это оставшееся ощущение, а затем внедрила эту технологию в коммерческий протез конечности. Вот почему они протестировали устройство на Фабрицио, у которого уже был протез и который также участвовал в первоначальном исследовании 2023 года.
«Прелесть» устройства, по словам Мичеры, в том, что вам не нужно менять протез конечности человека с ампутированной конечностью. Теоретически его можно интегрировать в любой коммерческий протез, не требуя хирургического вмешательства для его установки. Устройство также работает от аккумулятора, поэтому его не нужно подключать к сети, что делает его более удобным для ношения.
«Необходимы устройства, которые создают для пациентов более естественные способы взаимодействия с окружающей средой, — сказал в электронном письме Live Science Йерун Бергманн (Jeroen Bergmann), доцент кафедры инженерных наук Оксфордского университета в Великобритании. — Эта работа показывает многообещающий подход к удовлетворению этой потребности, но необходимо ещё постараться, чтобы действительно сделать всё это пригодным для реального применения», — сказал он.
Уоррен Грилл (Warren Grill), профессор биомедицинской инженерии Университета Дьюка в Северной Каролине, который также не принимал участия в исследовании, повторил комментарии Бергманна. Он написал Live Science по электронной почте, что полученные результаты являются «захватывающим достижением в разработке сенсорного протеза», но что ещё необходимы дополнительные исследования в повседневной обстановке.
Такая оценка даст больше информации о преимуществах, которые устройство может предложить пациентам, сообщила Live Science в отдельном электронном письме Лин Джаббан (Leen Jabban), преподаватель электроники и электротехники в Университете Бата в Великобритании, которая также не участвовала в исследовании.
Сейчас команда дорабатывает своё устройство — например, они хотят посмотреть, как на его производительность могут влиять такие факторы, как температура и влажность воздуха. Вскоре они надеются разработать протез, который восстанавливает все ощущения, которые можно испытывать в руке человека, и который можно будет использовать дома. Первоначально они намерены протестировать устройство на двух добровольцах.
«Надеюсь, скажем, через три года эти протезы будут установлены двум людям дома на постоянной основе, с возможностью получать все те ощущения, которые мы обычно испытываем изо дня в день, от нашей естественной руки», — сказал Мичера.
