Бионически связи

Аннотация:

Благодаря новым способам подключения искусственных рук к нервной системе мозг сможет контролировать протезы так же, как естественные конечности Один из самых знаменитых эпизодов фильма «Звездные войны» — когда Люк Скайуокер получает свою новую искусственную руку. Он может шевелить пальцами с помощью механической системы, которая видна при открытой крышке вдоль запястья. Протез, управляемый мыслями, может не только двигаться, Скайуокер еще и ощущает его как свою собственную руку. Зрителям не показывают, как осуществляется связь между человеком и протезом. Но именно это скрытое устройство и интересует нейробиологов. Чтобы соединение работало, оно должно превращать нервные импульсы. идущие от мозга, в электрические сигналы в искусственной руке и наоборот. Однако в реальном мире никто еще не придумал, как соединить нервы и электрические провода таким образом, чтобы можно было контролировать искусственную конечность как естественную часть тела. С одной стороны, нервы и электрические провода, необходимые для регуляции электроники в протезе, передают совершенно разные типы сигналов. Электронные устройства зависят от потока электронов через проводящие материалы, полупроводники и транзисторы, а работа нервной системы основана на деполяризации клеточных мембран и высвобождении сигнальных веществ в щели между нервными клетками. С другой стороны, для осуществления такой связи потребуется имплантация проводов и электронных устройств в организм, который обычно воспринимает подобные имплантаты как чужеродные тела и запускает иммунную реакцию, что приводит к рубцеванию ткани вокруг приборов и нарушает их работу. В последние годы достижения в областях нанотех-нологий и тканевой биоинженерии позволили решить обе проблемы. Вместо того чтобы пытаться заставить нервы напрямую взаимодействовать со стандартной электроникой в современных протезах, мы с коллегами создаем новые виды связей между нервами и искусственными конечностями — связи, при которых используется природная способность нервной системы приспосабливаться к новым ситуациям. Последние лабораторные исследования приблизили нас к возможности создания искусственной конечности, которая, как у Люка Скайуоке-ра, может двигаться и ощущаться мозгом. Сочетание моторных и сенсорных сигналов Основной прогресс в конструировании протезов обусловлен вооруженными конфликтами, в последнее время — войнами в Афганистане и Ираке. Но. за исключением нескольких последних лет, конструкторы занимались в основном созданием протезов нижних конечностей, а не верхних. Создание протезов ног — более простая задача, чем изобретение искусственной руки, которая позволила бы ее обладателю открывать банки или, например, печатать вслепую на компьютере. Начиная с 2006 г., после запуска Агентством по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA) программы Revolutionizing Prosthetics, исследователи добились значительных успехов и в создании высокофункциональных искусственных рук. Одна из проблем при разработке искусственных верхних конечностей заключается в воспроизведении (хотя бы частичном) тонкого контроля движений рук. Для этого необходимо задействовать области мозга, которые передают нервные сигналы к конкретным мышечным волокнам, управляющим движениями предплечья, и те. которые получают информацию о давлении, положении, напряжении, движении и силе от определенных частей руки. С помощью такой обратной связи мозг определяет, сколько мышечных волокон надо использовать для того или иного усилия. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ: - Биоинженеры стремятся подключить протезы руки и кисти непосредственно к нервной системе. -Двусторонняя связь позволит мозгу контролировать движения конечностей и чувствовать их положение. - Первое, что надо сделать, — создать переходник, который будет переводить нервные импульсы в электрические сигналы. - Авторы разрабатывают такое устройство, используя выращенные в лабораторных условиях нервные волокна и электропроводящие полимеры.

Авторы:

Издание: В мире науки
Год издания: 2013
Объем: 6с.
Дополнительная информация: 2013.-N 3.-С.50-55. Библ. 1 назв.
Просмотров: 150