Электрическая кожа помогла почувствовать боль в протезе

Американские инженеры создали электрическую кожу, которая, при изменении оказываемого на нее давления может посылать сигнал о получении болевых ощущений в локтевые и срединные нервы, а затем — в соматосенсорную кору головного мозга. Статья опубликована в Science Robotics.

Ноцицепторы (рецепторы боли) представляют собой свободные нервные окончания, которые располагаются, в основном, в наружном слое кожи. При стимуляции (ноцицепторы реагируют на механические, химические и тепловые стимулы) они посылают сигнал сначала в спинной мозг, а через него — в головной, через три типа нервных волокон: Aβ-, Aδ- и C-волокна. Aδ-волокна отвечают за восприятие «быстрой» боли, позволяя организму поскорее от нее избавиться: к примеру, убрать руку от горячей плиты. Механорецепторы таких волокон посылают в мозг электрический сигнал, реагируя на механическое тактильное воздействие; сила такого сигнала может быть разной: механорецепторы, поэтому, помогают отличать болезненную механическую стимуляцию (укол иголкой) от безболезненной (укол окончанием шариковой ручки).

При создании чувствительных протезов инженеры прежде всего пытаются воссоздать осязание, добиваясь достаточно впечатляющих результатов. Реже всего исследователи изучают то, как воссоздать в протезе ощущение боли. Однако, несмотря на то, что это не самое желаемое ощущение, его воссоздание очень важно: ощущение разницы между болезненным и безболезненным стимулом может защитить конструкцию протеза от повреждений.

Созданием протеза с искусственными ноцицепторами занялась группа инженеров под руководством Люка Осборна (Luke Osborn) из Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса. В создании протеза им помог 29-летний мужчина с ампутированными обеими руками: с помощью кожной электромиостимуляции периферийных нервов (локтевого и срединного) в оставшейся части конечности исследователи разметили (по сообщениям самого участника) разные участки его фантомной руки. Мужчина описывал все ощущения как покалывания в тех местах, где когда-то были его пальцы. Ощущения от покалывания зависели от длины и частоты импульса: самой болезненной оказалась стимуляция с частотой от 10 до 20 герц. Активность соматосенсорной коры головного мозга (контрлатерально стимулируемой конечности) регистрировали при помощи электроэнцефалограммы, что подтверждало успешную стимуляцию нервов.

Следует отметить, что такая кожа пока что реагирует только на один тип болевого стимула — внешнего механического — и распознавать боль от тепловых или химических стимулов пока что не умеет. Несколько лет назад ученым все же удалось создать достаточно примитивную систему ноцицепторной стимуляции температурой в протезе руки: в ней при воздействии слишком высокой температуры рука оповещает владельца о боли с помощью удара тока.

Ранее итальянский изобретатель Федерико Чиккарезе создал двойную бионическую руку.