Вокруг Света 2006 №05 - Вокруг Света

В здании имеется ресторан, работающий с 11 до 16.30, а также лавка, которая торгует предметами искусства с 11 до 17.30.

Фото Виктора Грицюка

Анатолий Голубовский

От протеза к киборгу

Самая главная проблема существующих ныне протезов — негибкость и отсутствие связи с остальным организмом. Протезы, заменяющие активные части тела, являются, как это ни грустно, всего лишь неполноценным суррогатом. Они не лучше утерянной ноги или руки, они даже не такие же по функциональности — они гораздо хуже. Такое положение дел было неизменным в течение столетий, пока не появилась биомехатроника.

Практически до конца XX века протезы (от греч. prosthesis —«присоединение») прикреплялись к человеческому телу лишь механически, в лучшем случае их части сгибались в «суставах» с помощью ручных команд. Но вот совсем недавно появилось новое направление в ортопедии, которое пока достаточно условно называется биомехатроникой — соединением робототехники с нервной системой человека. В рамках этого направления уже разрабатываются искусственные конечности, которые двигаются совсем как настоящие. Владельцы обычных ножных протезов (особенно те, у которых нога ампутирована выше колена) часто спотыкаются и падают или передвигаются неестественной походкой — и все потому, что на протезе нет «обратной реакции». Естественное решение — сделать протез «квазиживым», умеющим реагировать на нагрузку и внешнюю среду (скажем, даже на характер почвы), а в идеальном случае — реагирующим на команды, исходящие из мозга. Конструированием более надежных протезов занимаются сегодня сразу несколько исследовательских групп. Предполагается, что новинками можно будет управлять с поразительной точностью. Скажем, на некоторые из продаваемых в настоящий момент моделей протезов колена уже установлены встроенные микропроцессоры, которые могут быть запрограммированы таким образом, чтобы пользователь смог передвигаться более естественно. Группа разработчиков из знаменитой Media Laboratory (Массачусетский технологический институт) под руководством профессора Хафа Герра пошла в реализации этой идеи еще дальше. Был разработан протез со встроенными датчиками, способными измерять степень изгиба колена, а также усилие, которое прилагается к нему во время ходьбы. Это искусственное колено, недавно выпущенное на рынок исландской компанией Ossur, включает в себя еще и компьютерный чип. Чип анализирует данные с датчиков, размещенных на суставе, с целью создания подходящей модели походки пользователя и адаптации движений протеза к движениям человека. (Примерно по тому же принципу «подстраивается» к человеку адаптивная автоматическая коробка передач в автомобиле.) Пока новые протезы продаются, группа профессора Герра двигается дальше: работает над размещением таких датчиков за пределами коленного сустава. В этом случае можно будет их использовать не только для определения механической нагрузки, которую оказывает тело человека на протез, но и для обнаружения нервных импульсов, поступающих на мышцы, расположенные рядом с искусственным суставом. Собственно, именно это и называется «биомехатроника» — производство роботизированных протезов, способных «общаться» с нервной системой человека и выполнять полученные от нее команды. Согласно прогнозам того же Герра к началу второго десятилетия нынешнего века пациенты с некоторыми травмами спинного мозга (то есть частично парализованные) смогут снова двигать своими конечностями, управляя надетыми на них роботизированными экзоскелетами (или, по крайней мере, это будет возможно на экспериментальном уровне). Группа биомехатроники Герра финансируется американским Департаментом по делам ветеранов с целью облегчить жизнь людям с ампутированными конечностями, ставшим инвалидами в результате боевых ранений.

Сам профессор Герр потерял нижнюю часть ног еще в юности — отморозил, занимаясь альпинизмом, и теперь лично заинтересован в удачных испытаниях нового устройства. «Полагаю, что будет очень здорово снова научиться управлять своими лодыжками», — говорит он, планируя испытать на себе самом самый последний прототип протеза лодыжки. На весну нынешнего года была запланирована имплантация в мышцы одной из ног профессора, ниже колена, трех небольших датчиков (результаты эксперимента станут известны позднее). Герр напрягает и сгибает мышцы ноги так же, как он это делал, когда у него еще была лодыжка. Мозг работает, посылая сигналы к несуществующей части тела. Задача датчиков состоит в том, чтобы измерять электрическую активность в мышцах и передавать полученную информацию на установленную в протезе лодыжки микросхему. Она, в свою очередь, «переведет» электрические импульсы на язык инструкций, которые передаст сервоприводам протеза. Человек при этом сможет двигать искусственной лодыжкой, «оживив» мышцы, оставшиеся в ноге на стыке с искусственным суставом. Мало того, в будущем он сможет почувствовать ее ответную реакцию так (или хотя бы примерно так), как он чувствовал сустав до ампутации. Конечно, наладить «обратную связь» по нервным каналам — задача, мягко говоря, нетривиальная. Неизвестно, когда она будет удовлетворительно решена. Однако пока что пациент может почувствовать положение лодыжки благодаря слабым вибрациям, генерируемым искусственным суставом. Возглавляющий проект Департамента по делам ветеранов Рой Арон, профессор ортопедии медицинского училища Brown Medical School, очень высоко оценивает шансы Герра на успех. «Мы считаем эту работу чрезвычайно перспективной», — заявил он в середине прошлого года в интервью, данном ряду журналистов из американских научно-популярных журналов.

Сам же Герр уверен, что в той области, которой он занимается, благодаря объединению достижений биомехатроники и инженерии тканей дело вскоре дойдет до изготовления протезов, соединяющих в себе искусственные материалы и человеческую ткань. «Я думаю, что в конечном итоге мы неизбежно придем к созданию гибридных устройств», — заявил Герр корреспонденту «Вокруг света».

В Шотландии группа исследователей из отделения ортопедической хирургии Эдинбургского университета еще в середине 90-х годов разработала систему Edinburgh Modular Arm System. Это электронная рука, которой один испытатель пользовался почти десять лет. Он мог поднимать и опускать руку, сгибать локоть, вращать ладонь и даже шевелить отдельными пальцами. Протез оснащен шаровыми шарнирами и миниатюрными электромоторами, прикрепленными к шинам («костям») из углеродного волокна, заменяющим плечо и предплечье. Управлять всей этой конструкцией можно с помощью мускулатуры плеча. Электроды, прикрепленные к мышцам, воспринимают электрические сигналы сжатия и передают их протезам. Испытания руки до сих пор не завершены, а тем временем она уже начала морально устаревать, ведь ясно, что протезы будущего должны напрямую контактировать с нервными окончаниями мышц, а не просто улавливать мышечные напряжения.