Новая бионическая нога возвращает подвижность людям с ампутированными конечностями: «Она ощущается как часть моего тела».

Хью Херр был подростком-альпинистом, потерявшим обе ноги 43 года назад из-за обморожения и повреждения тканей во время восхождения на гору Вашингтон (Нью-Гэмпшир, США). Эта личная трагедия изменила не только его жизнь, но и его предназначение: навсегда изменить технологии, используемые для людей с ампутацией. Сегодня он — один из ведущих мировых экспертов в области бионики; он только что представил прорыв, который разрушает барьер в области протезирования, практически не менявшийся десятилетиями. Наконец, бионическая нога — это больше, чем просто восстановление подвижности.

Этот инженер, получивший премию принцессы Астурийской за исследования в 2016 году , руководит разработкой передовых бионических протезов ног, имитирующих движения человека, а также ортезов голеностопного сустава и стопы в Массачусетском технологическом институте (MIT). Он ходит, бегает и даже поднимается на высоту с помощью бионических ног, которые он помог спроектировать. Вместе с группой ученых из MIT Yang Tan Collective , Херр сумел сделать шаг вперед, с амбициями, которые, как и в горах, всегда направлены выше. Он создал бионический протез, который соединяется с мышцами и нервами тела; это позволяет людям с ампутацией выше колена двигаться с большей ловкостью, чем с традиционными реабилитационными устройствами.

Новая система, называемая остеоинтегрированным механоневральным протезом (OMP), включает в себя имплантат, закрепленный на бедренной кости, и мионевральный интерфейс, имитирующий работу мышц, согласно подробностям научной статьи, опубликованной сегодня Херром и его командой в журнале Science . Благодаря этой технологии пациент с ампутацией может не только перемещать протез с большей точностью, но и восстанавливать ощущения, такие как положение или движение утраченной конечности. «Наш протез уникален, поскольку он напрямую соединен с костью, а имплантат содержит кабели, передающие нервные сигналы», — объясняет Херр в видеозвонке газете EL PAÍS.

К нему присоединяется молодой учёный Тони Шу , чьё докторское исследование легло в основу недавно опубликованной статьи. «Когда я пришёл в лабораторию Массачусетского технологического института, передо мной открылось множество новых возможностей, но во время обучения в магистратуре и докторантуре мы добились больших успехов», — вспоминает он. В клинических испытаниях приняли участие два человека с ампутацией выше колена. Поначалу учёные были осторожны, стремясь восстановить только ходьбу и базовую подвижность, но со временем заметили, что участники смогли выполнять более сложные задачи.

В каждом случае система OMP обеспечивала превосходную подвижность при выполнении различных движений ног в реальных жизненных ситуациях. Пациенты могли двигаться с естественностью, которая раньше казалась недостижимой, например, ходить по неровной поверхности, плавно вставать со стула или пинать мяч . Даже при наличии только одного моторизированного сустава добровольцы отмечали: «Протез ощущается как часть моего тела».

Имитировать силу человеческих мышц

Система оснащена двигателями, работающими от литий-ионных аккумуляторов. Это позволяет моторизованному протезу генерировать усилие, которое помогает, например, подниматься по лестнице. Это достигается за счёт имитации работы мышц, что обеспечивает более гибкие и произвольные движения. «Мы первыми объединили нейромышечную хирургию, остеоинтегрированный имплантат и роботизированный контроллер в единую систему», — говорит Тони Шу.

Одним из главных ограничений протеза является то, что он затрагивает только колено . Человеческая нога — это нечто большее, поскольку голеностоп и стопа также выполняют сложные движения. «Он не обладает этими дополнительными степенями свободы», — признаёт молодой исследователь.

Хотя изобретение всё ещё сталкивается с определёнными трудностями, исследователи настроены оптимистично. Системы, напрямую интегрирующиеся с организмом, такие как OMP, соединяющий кости, мышцы и нервы, возможно, знаменуют начало нового поколения устройств. Это тип протеза, который не только восстанавливает подвижность, но и восстанавливает важнейшую часть человеческого опыта.

Для Хью Херра следующая задача — усовершенствовать считывание мышечных сигналов, поскольку сейчас для определения намерений пользователя используются имплантированные электроды. «В будущем мы планируем использовать магнитные датчики на коже», — говорит он. Цель — более точно измерять движение и силу мышц.

«Если ищете аналогию, вспомните Формулу-1 или исследование космоса. Эти области доводят технологии до предела, а затем эти достижения доходят до обычного потребителя. Мы не рассчитываем, что этот протез когда-либо появится на рынке, но верим, что некоторые его компоненты всё же появятся», — размышляет Шу.