Ученые хотят заставить протезы передавать болевые ощущения

К сожалению, владельцы протезов лишены возможности ощущать боль через протез. Однако согласно отчету в издании Science Robotics, ученым удалось разработать протезы, которые могут чувствовать резкую боль и автоматически ронять острый предмет, передавая при этом неприятное ощущение владельцу. В теории однажды они смогут создать протезы, которые смогут детально передавать болевые ощущения, чтобы ампутанты могли лучше беречь свои устройства. Но хотят ли сами владельцы протезов, которым и так приходится сталкиваться с дискомфортом, испытывать еще и боль? Оказывается, этот вопрос, как и самая концепция боли, очень сложный.

Ученые доработали популярный бионический протез руки Bebionic, так, чтобы он обладал почти такой же чувствительностью, что и реальная рука. К коже владельца прикрепляются механорецепторы, которые передают тактильные ощущения от неострых предметов, а также ноцицепторы, передающие болевые ощущения. На кончиках пальцев протеза есть специальное покрытие e-dermis, сделанное из нескольких слоев датчиков давления. На внешнем слое есть ноцицепторы, а на нижнем — механорецепторы.

Если взять таким протезом предмет с затупленными углами, активируются оба вида сенсоров и дадут владельцу знать, что объект безопасен и его можно спокойно взять в руку, не опасаясь повредить протез. «Когда человек берет острый предмет, на сенсоры идет гораздо больше давления в локализованной точке пальцев, из-за чего протез сообщает о дискомфорте», — рассказал Люк Хопкинс, биоинженер из Университета Джонса Хопкинса, который является одним из авторов отчета о новых протезах. По тому, как распределяется по поверхности сенсоров давление объекта, протез определяет, является тот острым или нет, и в случае опасности автоматически его выронит.

Изображение: HBO

Владелец протеза получает информацию о характеристиках предмета благодаря электрическим сигналам, которые посылаются в верхнюю часть руки, где закреплен протез. «Такой метод работает потому что все наше тело пронизывает нервная система, — объяснил Осборн. — Через нее тактильная информация отправляется в мозг. У человека, пережившего ампутацию и удаление концов нервов, по-прежнему есть нервная связь со спинным мозгом, у которого в свою очередь есть связь с головным мозгом». Из-за этой связи люди иногда могут чувствовать фантомную боль в конечности, которой у них уже нет.

Пока что протез не передает ощущения с абсолютной точностью. Когда человек с протезом берет в бионическую руку острый предмет, сначала он ощущает нарастающее чувство дискомфорта, и только потом острое давление в определенной точке и легким чувством щекотки. Ученые планируют доработать протез так, чтобы ощущения казались более естественными.

Но нужна ли ампутантам вообще возможность чувствовать боль? Ведь некоторые не только испытывают боли из-за потери конечности, но и довольно неприятные ощущения — от ношения протеза. Поэтому ученым пришлось подойти к этому вопросу максимально деликатно и определить, какие болевые ощущения будут допустимыми.

При разработке протеза они столкнулись с еще одной трудностью. Боль — это субъективное ощущение, поэтому каждый протез нужно калибровать под болевой порог владельца. Кстати, некоторые ампутанты предпочитают вообще не чувствовать боль через протез, а просто получать какие-нибудь уведомления о том, что они держат острый предмет. Но в отличие от световых или иных сигналов, боль вызывает немедленную реакцию, поэтому работает эффективнее.

Фото: Imdb

Однако все же современные протезы далеки от совершенства. Бионическая актриса Энджел Жуфрия может пожать вам руку протезом, но не ощутит рукопожатия. Доступные на рынке протезы не оснащены обратной связью (эта возможность только разрабатывается). «Я понимаю, насколько тверд предмет в моей руке только благодаря долгой практике», — сказала Жуфрия.

Так что бионические протезы еще нескоро смогут передавать своим владельцам тактильные ощущения, не говоря уже о боли. Причем нужно будет не только подстроить их под индивидуальные особенности ампутанта, но и учесть их личные пожелания. «Для пациентов, родившихся без какой-либо конечности, будет очень странно начать испытывать неизвестные для себя ощущения», — прокомментировала Пегги Ченовет, соосновательница ресурса для ампутантов Amp'd.

Исследователи только начали обучать машины ощущениям. Им предстоит не только научить их передавать, но и игнорировать определенные стимулы. Можно ли будет почувствовать боль через протез будущего? Все зависит от пожеланий его владельца.

Источник.

Материалы по теме:

Студент-инвалид открыл производство инновационных протезов из переработанного пластика

В США создали электрическую кожу, которая позволяет ощущать прикосновения и боль через протез

От протезов до продвинутой техники: как 3D-печать используется в медицине

Уроженка СССР стала бионической моделью