Группа ученых нейроинженерной лаборатории под руководством Игоря Лаврова, Дмитрия Саенко и Юрия Герасименко в клинике Мейо (Mayo Clinic) применили электрическую стимуляцию спинного мозга, чтобы помочь парализованному пациенту по имени Джеред Чиннок (Jered Chinnock) двигать ногами, стоять почти без посторонней помощи (при напряжении тока 2,1 вольт) и совсем без посторонней помощи (когда напряжение подняли до 2,2 вольт). По словам учёных, впервые в истории медицины эпидуральная электрическая стимуляция (EES) позволила парализованному пациенту совершить такие действия в течение всего двух недель, то есть восьми стимуляционных сессий EES после активации имплантата.
Джаред Чиннок получил тяжёлую позвоночно-спинномозговую травму три года назад в результате автомобильной аварии. Повреждение спинного мозга на уровне шестого грудного позвонка означает, что парень ничего не мог чувствовать ниже торса. Хотя ноги и другие органы остались в целости, но к ним уже не проходил сигнал от головного мозга.
Перед имплантацией устройства пациент прошёл многократные сеансы интенсивной терапии, направленной на восстановление силы мышц. Группа из 30 специалистов работала над ним 22 недели, проводя по три тренировки в недели. Они должны были восстановить тонус мышц и подготовить их к нагрузке и получению сигналов от спинного мозга. Также было важно стимулировать сам спинной мозг: определить те конкретные места, где наблюдается нейронная активность во время стимуляции мышц и попыток определённых движений со стороны пациента. Именно в эти места затем были установлены 16 электродов.
Врачи постоянно проводили тесты — и некоторые из результатов позволили сделать вывод, что повреждение спинного мозга может быть «обратимым», то есть можно попробовать восстановить прохождение сигнала через место повреждения в пояснично-крестцовом отделе позвоночника.
В эпидуральное пространство позвоночника Джареда вставили планку с 16 электродами (Specify 5-6-5, Medtronic). Электроды получали сигнал от другого имплантата RestoreSensor SureScan MRI (Medtronic) и стимулировали спинной мозг без всякого воздействия на мышцы. Сигналы подавались импульсами по 0,5 миллисекунд на частоте 1 Гц с напряжением до 5,5 вольт.
Даже без предварительного обучения парализованный пациент смог силой воли двигать пальцами и мышцами ног.
На иллюстрации показан профиль повреждения спинного мозга у пациента. По нему видно, что некоторые показатели улучшились после 16 недель физической терапии, по сравнению с показателями после 8 недель. Только на второй месяц испытаний у пациента по результатам электромиографии была зарегистрирована первая активность (на иллюстрации F справа внизу).
После курсов лечебной физкультуры и физиотерапии пациенту имплантировали электрод в эпидуральное пространство позвоночника чуть ниже места повреждения в шестом грудном позвонке — в поясничное утолщение примерно посередине спины. Электрод подключался к устройству с компьютерным управлением, вмонтированному под кожу. Идея была в том, чтобы модулировать сигнал, который был бы естественным путём проходить по нейронам спинного мозга. Компьютер передаёт сигнал на устройство, а оно через электрод модулирует сигнал определённого вида.
Джаред говорит, что смог двигать пальцами уже в первый день, когда специалисты активировали электронный стимулятор. В течение двух недель он успешно совершил движения ходьбы (лёжа на кушетке) и самостоятельно стоял на месте без помощи врачей, только при самостоятельной поддержке руками верхней части тела за параллельные брусья.
Показатели электромиографии (внизу) при подаче через указанные электроды сигналов с разным напряжением: 1,5 вольт и 2,2 вольт.
Нейрохирурги говорят, что результаты эксперимента превзошли ожидания, а пациент продолжает демонстрировать прогресс по мере привыкания к нейромодуляции от имплантата.
Нейроинженеры выражают надежду, что дальнейшее развитие этой технологии поможет вернуть базовые двигательные функции многим другим парализованным людям. Конечно, они не смогут бегать как спортсмены, но смогут хотя бы стоять на месте без посторонней помощи и даже медленно ходить. Судя по всему, условием для частичного возвращения двигательных функций является то, что повреждение является необратимым. Но чтобы удостовериться, что по повреждённому участку спинного мозга ещё может проходить сигнал, в любом случае понадобится пройти длительные исследования, тесты и терапию.
К сожалению, учёным пока не удалось расшифровать реальные сигналы, которые головной мозг отправляет по спинному мозгу. Нынешние эксперименты похожи на опыты Павлова, хотя на более высоком уровне. Учёные только нащупывают путь к настоящему управлению нервной системой извне и транслятору сигналов с компьютера в нейроны и обратно с расшифровкой и кодировкой в реальном времени.
Этот клинический случай описан 3 апреля 2017 года в журнале Mayo Clinic Proceedings.
Похожие статьи:
Новости → Головной мозг нескольких крыс соединили в сеть для прогнозирования погоды
Статьи → Перспективы применения электростимуляции спинного мозга при комплексном лечении миелодисплазии у детей (Обзор литературы)
Новости → Нейроимплантат помогает парализованным пациентам общаться на высокой скорости
Новости → Институт Нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко переводится в ведение Министерства Здравоохранения России
Новости → Создана компьютерная модель мозга!
