Ученые научили ходить крысу с перерезанным спинным мозгом. Для этого они использовали электрический ток, имитирующий сигналы головного мозга. Очередь за реабилитацией пациентов. Российский участник исследования рассказал о нем «Газете.Ru».
Крысу с перерезанным спинным мозгом научили ходить с помощью электрической стимуляции. Это только начало проекта: на следующее лето запланированы клинические исследования методики, которая позволит передвигаться больным с повреждением спинного мозга. Работа нейрофизиологов из Швейцарского института технологии в Лозанне, опубликованная в журнале Science Translation Medicine, выполнена в рамках европейского проекта под названием NEUWalk. В команду входит и российский исследователь — Павел Мусиенко из Института физиологии им. И.П. Павлова в Санкт-Петербурге.
Нервная система работает как очень сложно устроенная электросеть, но если перерезаны провода, ток не идет. У крыс, с которыми работали исследователи, спинной мозг был перерезан посередине, поэтому сигнал от мозга не доходил до задних конечностей и ходить они не могли. Ученые решили заменить сигналы от мозга электрической стимуляцией.
«Идея заключается в том, что в спинном мозге находятся нейронные сети, способные контролировать двигательную активность, в том числе ходьбу, даже в отсутствие сигналов от головного мозга, — говорит Павел Мусиенко «Газете.Ru». — Но этими сетями необходимо правильно руководить. После перерезки спинного мозга они оказываются одинокими.
И мы попытались найти способ, который заменит сигналы от головного мозга в контроле спинальных нейронных сетей».
В спинной мозг крысы ученые вживили электроды, на которые можно было подавать электрический ток. Под его действием крыса поднимала задние лапы. Но самое главное заключалось в том, чтобы рассчитать параметры электрического тока, которые бы обеспечивали крысе нормальное движение конечностей, чтобы она могла ходить и перешагивать через препятствия.
Для создания такого алгоритма нейрофизиологи тщательно изучили крысиную «походку» и декодировали электрические импульсы от головного мозга, ее сопровождающие. Адаптировав параметры электрического тока к работе нервной системы, они научили крысу ходить, преодолевать препятствия, подниматься по ступенькам. Методика основана на обратной связи от крысиных конечностей.
«Мы придумали алгоритм электрической стимуляции, который влияет на нейронные сети спинного мозга в фазовом режиме.
С учетом того, как животное ходит, с учетом высоты шага модулировалась частота воздействия,
— продолжает Павел Мусиенко. — Важно отметить, что это была не просто электрическая, а электрохимическая стимуляция. Мы использовали два лекарственных препарата, которые действуют на рецепторы серотонина».
Этот метод, считают ученые, послужит реабилитации больных с повреждением спинного мозга. Очередной этап клинических исследований запланирован на лето 2015 года. Для этого ученые разработали специальную «ходильную платформу» (Gait Platform). Она выглядит как беговая дорожка (тредмилл) с опорной системой и оборудована 14 инфракрасными камерами и двумя видеокамерами. Назначение камер — собирать информацию о движениях ног и остальных частей тела человека. Эта информация синхронизируется и обеспечивает подачу электрических сигналов, нужных для походки человека.
Клинические исследования будут проводиться как в Швейцарии и в США, так и в России.
«Я уже семь лет плотно сотрудничаю со швейцарскими исследователями, — говорит собеседник «Газеты.Ru». — Есть часть работы, которая проводится коллабораторами из Китая. Вообще, у нас сформировалась дружная интернациональная команда. И вместе мы пытаемся решать довольно сложные задачи».
http://www.gazeta.ru/science/2014/09/25_a_6235073.shtml
Мы видели разные экзоскелеты, которые с помощью внешней силы ставят на ноги парализованных пациентов. Швейцарские ученые, в свою очередь, предложили решение, которое вместо использования громоздкой носимой конструкции полагается на стимулирование внутренних сил организма.
Новое устройство было испытано на крысах с полностью парализованными задними конечностями в результате повреждения спинного мозга – их мозг был перерезан посередине. Исследование проводилось в рамках проекта NEUWalk под руководством специалистов из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария).
Исследователи оперируют тем, что для работы человеческого организма требуется электрический ток. Мозг заставляет тело двигаться, посылая ему электрические сигналы по спинному мозгу и нервной системе. Если спинной мозг поврежден, то сигналы могут не доходить до конечностей. Чем выше степень повреждения, тем больше парализованных участков тела.
Ученые обнаружили, что подавая сигнал через гибкие электроды, вживленные в часть мозга ниже разреза, можно заставить конечности двигаться. Однако этого недостаточно для того, чтобы крыса встала на ноги и пошла. Для обеспечения естественного движения конечностей исследователям потребовалось адаптировать параметры электрического тока к нервной системе. Походка грызуна зависела от частоты посылаемых импульсов. Подобрав нужные параметры, исследователи смогли научить крысу ходить ровной походкой и даже преодолевать препятствия, в частности подниматься по лестнице, пишет CNET.
Как сообщается, клинические испытания на людях могут начаться летом 2015 года. Ученые планируют испытать устройство на пациентах с частичным повреждением спинного мозга. На них наденут поддерживающий костюм и поставят на беговую дорожку. Все движения пациента будут отслеживаться камерами.
Простые научные открытия деятельности нервной системы могут помочь разработать более эффективные нейропротезы. Мы верим, что однажды эта технология значительно улучшит качество жизни людей, страдающих неврологическими расстройствами, — сказал соавтор исследования, нейрофизиолог Сильвестро Мисера.
А вот новые мягкие экзоскелеты, разработку которых спонсирует DARPA, предназначены для использования здоровыми людьми в военных целях. Подробнее о них написано здесь.
25.09.2014
