Не покладая рук: как бионические протезы меняют жизнь инвалидов

Знаменитый летчик Алексей Маресьев после ампутации ног во время Великой Отечественной войны смог снова управлять истребителем и сбил больше немецких самолетов, чем до ранения. Сегодня тем, кто потерял конечности, становится проще вести активную жизнь. "Социальный навигатор" рассказывает о последних разработках в области бионического протезирования.

В отличие от косметического протеза, то есть имитации конечности, бионические протезы должны попытаться повторить ее функционал – для этого хирурги подводят к протезу нервные окончания. При этом их движение контролируется сигналами мозга и работает эта система в обоих направлениях, так как мозг получает обратные сигналы от протеза. Важно и то, что бионические протезы могут заменять уже не только конечности, но и (правда, пока с меньшим успехом) глаза.

От железной руки до бионического протеза

Первым протезом принято считать железный большой палец стопы египетской женщины, жившей более 3 тысяч лет назад. Ученые считают, что палец женщины был удален хирургическим путем, а на его место приладили металлический. О соединении с нервными окончаниями тогда, конечно, не знали. В истории известен протез немецкого рыцаря Готфрида фон Берлихингена, которого прозвали Железной рукой. Это был, вероятно, первый в истории механический протез, с его помощью рыцарь мог по крайней мере держать меч во время боя.

Современные бионические протезы дают человеку куда больше возможностей: с их помощью он вполне может себя обслуживать, делать самое необходимое. Каждый палец управляется отдельным мотором, сигнал которому идет через процессор от мозга.

Электрик Джесси Саливан из США первым получил возможность управлять бионической рукой. В 2002 году врачи пересадили четыре нервных окончания его плечевого сустава на поверхность грудной мышцы и надели корсет, к которому крепилась бионическая рука. С тех пор он может бриться, надевать носки или очки. "Я покрасил свое окно. На это ушел целый день, но я сделал это", – рассказал он в интервью BBC. Новая рука отлично соседствует с обычным протезом на правом плече.

Сейчас бионические протезы стали менее громоздкими и более эргономичными. Технологии 3D-печати упростили их изготовление: распечатать корпус можно даже у себя дома, но разработка начинки остается самым сложным и дорогим процессом.

© РИА Новости / Сергей Пятаков

Инженеры и протезисты нескольких стран разрабатывают сенсоры ладони протеза, которые позволили бы пациенту чувствовать с помощью пальцев

Ученые также пытаются добиться обратного сигнала от протеза. Обладатели здоровых конечностей не задумываются об этом, но при выполнении любых действий руками мозг успевает проанализировать, насколько сильно, например, нужно сжать тот или иной предмет. Взять ли молоток со стола и ударить по шляпке гвоздя или вынуть из коробки зефир и не раздавить его, пока донесешь до рта, – это совсем разные задачи. Уже пять лет инженеры и протезисты нескольких стран разрабатывают сенсоры ладони протеза, которые позволили бы пациенту чувствовать с помощью пальцев.

Однако позволить себе бионическую руку могут далеко не все: например, ценник на самые простые протезы начинается с 15 тысяч долларов и доходит до 250 тысяч.

В ногах правда есть

Российский реселлер самого популярного в мире протеза американской компании на своем сайте заявляет, что "по своим функциям бионические протезы максимально восполняют движения человеческой ноги, обеспечивают безопасность во всех фазах шага, естественность и гармоничность движений, дают пациенту ощущение уверенности на любой поверхности".

Сначала, в 1997 году, ученым удалось разработать бионическое колено, потом – стопу, и только спустя почти 20 лет обе разработки удалось объединить в один бионический протез ноги. Эти протезы также считывают сигналы нервных окончаний с культи ноги, они могут подстраиваться под движения человека. Например, пользователь может выбрать режим скорости хождения или даже бега. При восхождении по лестнице колено и стопа автоматически подбирают нужный угол, чтобы движения человека были естественными.

Профессор Массачусетского технологического института (MIT) Хью Хэрр (Hugh Herr) стремится сделать протезы ног еще более совершенными. Он постоянно внедряет новшества в собственные протезы. В возрасте 17 лет Хэрр потерял обе голени во время восхождения в горы. Его компания сейчас разрабатывает самый совершенный протез стопы – PowerFoot One.

Такой бионический протез оснащен 12 сенсорами и тремя процессорами, которые 500 раз в секунду считывают информацию о положении пользователя и подстраиваются под поверхность и скорость человека.

Не на первый взгляд

Инженеры пытаются помочь и людям, потерявшим зрение, однако это порой оказывается еще более сложной задачей, поэтому на рынке бионических протезов глаз совсем немного игроков, а их изделия далеки от совершенства. Самый популярный протез американской компании Second Sight лишь частично помогает пациентам восстановить зрение, причем круг заболеваний, при которых можно использовать их протез, строго ограничен, есть и возрастные рамки – 25–65 лет.

Протез состоит из очков со встроенной камерой и импланта сетчатки, который хирургически вживляют в глаз пациента. Камера записывает изображение, далее процессор в очках его обрабатывает и передает информацию на сетчатку. С помощью электродов импланта полученное изображение попадает на зрительный нерв и далее прямиком в мозг. Пациент получает возможность различать световые пятна, формы и движение. При этом камере нужно некоторое время, чтобы обработать изображение, поэтому поворачивать голову приходится не торопясь.

Операция длится около двух-трех часов и, по мнению глазных хирургов, не слишком сложна. Проблема может возникнуть у пациента, когда он узнает стоимость протеза – около 140 тысяч долларов. За саму операцию придется заплатить значительно меньше, всего около 150 тысяч рублей.

© РИА Новости / Евгения Новоженина

Современные бионические протезы дают человеку куда больше возможностей: с их помощью он вполне может себя обслуживать, делать самое необходимое

В скором будущем компания планирует значительно модернизировать разработку. Она уже проводит эксперименты с вживлением электродов в поверхность зрительной коры головного мозга пациентов, чтобы напрямую передавать информацию, минуя сетчатку и зрительный нерв. Ведь часто зрительный нерв пациента или сетчатка повреждены, что значительно снижает объем передаваемой процессором информации. Правда, новая разработка неудобна тем, что врачам приходится проводить сложную операцию на мозге пациента и даже удалять небольшую часть черепной коробки.

Пока самыми технологичными разработками остаются бионические протезы рук, ног и глаз, однако инженеры, биологи и врачи продолжают работать над роботизированным сердцем и другими внутренними органами. В 2018 году на экраны вышел популярный сериал "Видоизмененный углерод", действие которого разворачивается в XXVII веке. По идее сценаристов, тела людей к этому времени стали просто оболочками, в которые за большие деньги можно загрузить сознание другого пользователя. Осталось еще VI веков, а потом можно будет проверить правильность догадок создателей сериала.