Бесконечные конечности: Биоинженеры пожинают плоды бурного развития микроэлектроники

Аманда Китс потеряла левую руку после серьезной автокатастрофы - хирурги были вынуждены ампутировать то, что осталось, по самое плечо. Сегодня же, по прошествии трех лет после того ужасного дня, Аманда может бросать мяч своему 12-летнему сыну и менять памперсы малышам, которых родители оставляют ее заботам (40-летняя Аманда - хозяйка частного детского дневного центра в Ноксвиле, штат Теннеси).

Делает Аманда все это с помощью нового хай-тековского протеза, движения которого осуществляются… силой ее мысли! Операция по его подключению имеет сложное название - таргетная мышечная реиннервация (ТМР) (сравните: таргетная терапия, то есть целевая, точно направленная). В ходе ее нейрохирурги соединили остатки нервов с грудными мышцами, на которых были расположены чувствительные электроды, служащие своего рода «антеннами».

После поступления сигнала из мозга мышцы посылают сигнал протезу, который и движется в режиме реального времени подобно живой конечности в трех сочленениях и в десяти направлениях: пальцы, кисть и локоть, а также плечо. Сообщение об этом успехе появилось в Журнале Американской медассоциации (Journal of American Medical Association, JAMA).

Программа «обучения» пользованием новыми протезами финансируется Пентагоном и осуществляется на базе Университета Дж.Гопкинса в Балтиморе. Существенный прогресс достигнут с помощью интеграции миниатюрных электромоторчиков, которые отвечают за конкретные движения деталей протеза. Их включение и работа контролируются сигналами, поступающими с грудных мышц, а также мышц спины или бицепса. Вживленные в протез чипы позволяют мысленно контролировать работу всех моторчиков одновременно, что более соответствует естественной функции мышц и суставов руки.

Хотя работа над новыми протезами осуществляется под эгидой военных, ТМР волнует и самых что ни на есть гражданских врачей. Они, например, видят большие перспективы в ее применении в связи с ростом ампутаций у людей, страдающих диабетом и другими формами генетических расстройств. Не следует также забывать и о сотнях тысяч жертв автокатастроф. При этом в фокусе оказались именно верхние конечности, сложность и разнообразие движений которых несравнимо выше, чем в ногах. К тому же человек может работать и обслуживать себя даже без ног, чего не скажешь о руках.

Биоинженеры пожинают плоды бурного развития микроэлектроники, позволившей создать дистанционные беспроводные «рабочие органы», к тому же резко потерявшие в весе. Нейроинформатика позволила разгадать мозговой код управления механическим манипулятором с помощью сенсоров, вживленных в мозг двух макак. А совсем недавно полностью парализованный человек показал всему миру, как он всего лишь усилием воли управляет движением курсора на дисплее компьютера.

Пионером разработки ТМР был Тодд Куйкен, биоинженер чикагского Реабилитационного института, который с 2001 года осуществил около 30 подобных операций в США, Канаде и Европе. Одним из его подопечных был электрик Джесс Салливан из штата Теннеси, потерявший обе руки. Сейчас ему 62 года, и он вместе с Амандой принял участие в исследовании, описанном в JAMA.

Куйкен называет их протезы «виртуальной рукой». Он отмечает, что военные травмы опаснее гражданских, поэтому ТМР у солдат и офицеров более сложная. Среди описанных в журнале 25-летний Д.Акоста из Сан-Антонио в Техасе, потерявший руку в результате взрыва придорожного фугаса в Ираке. Он очень рад вновь обретенной «руке», однако признает, что «сильно надеется на дальнейший прогресс».

Дж. Лоеб, профессор биомедицинской инженерии Университета Южной Калифорнии и автор редакционной статьи в JAMA, признает, что нынешний пусть и впечатляющий прогресс весьма далек от желаемого: «Сейчас мы на полпути между рукой в фильме «Доктор Стрейнджлав», которая постоянно выкидывалась вверх в нацистском приветствии, и рукой Люка Скайуокера, героя «Звездных войн», который включал ее, и она функционировала как настоящая».

Надо признать, что операция ТМР дорога сама по себе. Постоперационное ведение пациента также занимает много времени: нервы прорастают очень медленно, а электронная начинка требует постоянного тюнинга-настройки к меняющимся сигналам от мышц. Поэтому инженеры изыскивают дальнейшие пути создания более чувствительных девайсов, а врачи надеются на нынешний прогресс в деле использования эффективных нервных ростовых факторов и даже стволовых клеток, которые можно брать у самого пациента.