С тех пор как человек научился пусть примитивно, но все же заменять потерянные конечности, протезирование прошло долгий путь. Искусственные ноги и руки с течением времени всячески совершенствовались. Но никогда еще ни один аппарат в виде протеза не мог замещать сложные естественные функции несуществующей ноги или руки. Новый тип протезов — нейронный, недавно изобретенный в США, вывел науку о замене частей тела в принципиально новую плоскость.
Суть новой технологии состоит в том, что в результате экспериментов удалось создать такие медицинские протезы, которые способны свести воедино нервную систему человека и электронные устройства. Иначе говоря, нейронные протезы могут улавливать нервные импульсы и преобразовывать их в механическое движение. Это дает возможность людям, лишившимся конечностей, а также тем, у кого нарушены двигательные функции, вернуться к достаточно полноценной жизни. Целый мир отделяет нейронных помощников от их предшественников, которые крепились к телу исключительно в косметических целях.
Первым настоящим взаимодействием между мозгом и внутренними составляющими организма стал слуховой имплантат. Он применяется уже несколько лет, и по сей день им пользуются тысячи людей. Этот имплантат восстанавливает слух, стимулируя акустический нерв, идущий от внутреннего уха к мозгу. Первоначально слуховые имплантаты применялись для помощи детям с врожденной глухотой или потерявшим слух до 3-летнего возраста — впервые в медицинскую практику это было внедрено в Великобритании. Если такой имплантат устанавливается до пятилетнего возраста, то у ребенка есть шанс развить осознанную речь. А недавно в США и глухие взрослые, освоившие разговорную речь, были также обеспечены слуховыми имплантатами. В результате более 50% из них уже в состоянии поддерживать телефонный разговор по прошествии шести месяцев после первого его применения. Сейчас дальнейшие исследования американских ученых-медиков сосредоточены на оставшихся 50% с целью разработки более индивидуализированного приспособления для восстановления слуха. Похожие исследования проводились и проводятся и в области возвращения зрения. Некоторые специалисты работают сейчас над имплантатом сетчатки глаза, хотя эта задача технически очень сложна, так как сетчатка — крайне деликатная часть организма, недаром ее часто сравнивают с влажной бумажной салфеткой. Другие ученые предлагают полную пересадку сетчатки и фиксацию ее с помощью электродов в той части коры головного мозга, которая непосредственно отвечает за зрение. Эта операция позволит абсолютно слепым людям наконец увидеть хотя бы проблески света.
В новых нейронных протезах электрические системы подражают мозгу, используя для контроля за движением сенсорные вставки. Кроме того, нейронные протезы обещают дать вполне обоснованную надежду на будущее и тем людям, которые страдают различными заболеваниями, связанными с нарушением в системе передачи нервных импульсов, такими как рассеянный склероз, паралич, глухота и слепота. Это может показаться фантастическим, но, помимо всего прочего, система внедрения нейронных протезов позволяет пациентам испытывать почти реальные ощущения, производимые, например, искусственной ногой. Датчики давления в ступне передают его на различные части ноги, посылая покалывающие сигналы на остатки ампутированной конечности, — чем больше давления оказывается на искусственную ногу, тем больше ощущений передается на остаток конечности. Со временем мозг пациента начинает интерпретировать эти ощущения так, как если бы их источником была его собственная нога.
Обратная сенсорная связь ведет к развитию необходимого баланса не только для ходьбы и бега. Часто пациент начинает ощущать, что его искусственная нога самым естественным образом связана с телом. Подобные протезы существенно увеличивают двигательные возможности, а их внешний вид максимально приближен к натуральному. Увеличение чувствительности позволяет травмированным людям вступать в более тесный контакт с окружающим миром и дает возможность пусть и не до конца, но все же восстанавливать утраченные ощущения.
Другая область применения нейронных протезов — стимуляция естественных процессов в парализованных конечностях. В этих случаях применяется функциональный электрический стимулятор (ФЭС), когда имплантированные электроды поставляют электрические импульсы в мышцы так же, как мозг подает импульсы через нервные окончания в здоровые части тела. ФЭС используют для восстановления функций верхних и нижних конечностей, мочевого пузыря и кишечника.
Наиболее развитое на сегодняшний день приспособление — свободная рука (FreeHand) — создано американскими исследователями. Оно координирует электрическую стимуляцию парализованного предплечья и мышц руки, позволяя совершать необходимые для повседневной жизни движения. Эта система предназначена для людей, чьи руки, ноги и тело парализованы в основном вследствие повреждения позвоночника.
Сенсор, расположенный на груди, измеряет движения плеча, а монитор на запястье фиксирует его действие. Затем контрольный сигнал идет к имплантированным электродам через внутренний процессор, стимулируя мышцу к выполнению необходимого движения. Сейчас уже 65 человек используют систему FreeHand, благодаря ей они могут самостоятельно одеваться, чистить зубы, есть, пользоваться телефоном и компьютером.
Команда, разработавшая и внедрившая в жизнь ФЭС, тестирует также и протез нижней конечности, который поможет многим людям, страдающим параличом обеих ног, освободиться от инвалидного кресла. Пациенты, участвующие в этой экспериментальной программе, уже ждут своей очереди на получение второго имплантата, способного активизировать их мышцы для выполнения функций ходьбы.
В XVI веке французский хирург Амбруаз Паре основал научное протезирование, создав цельнометаллические, а иногда даже с движущимися частями руки. Позже такие цельные руки уступили место одинокому крюку или обтянутой кожей нефункционирующей руке. Деревянные ноги использовались гораздо раньше, возможно, еще во времена Римской империи.
Судя по романам писателей XIX века, ампутация была довольно обычным явлением по причине большого числа дорожно-транспортных аварий, а также после ранений в наполеоновских войнах. Те, кто выживал после операции (30 процентов, как правило, умирало), использовали так называемую пробковую ногу, иногда оснащенную специальными пружинами.
Первая и вторая мировые войны внесли свой вклад в дизайн искусственных конечностей. В это время после ампутации благодаря развитию военной медицины выживало уже гораздо больше людей. Тогда же началось применение особых облегченных материалов и улучшенных механических суставов. Первоначально они использовались для нижних конечностей, а вторая мировая война дала толчок делу протезирования верхних.
Электрический протез предплечья способен восстановить довольно широкий спектр естественных функций. Такой протез, контролируя действие мотора, предназначенного для сжатия или разжатия искусственной кисти, делает локоть максимально подвижным и даже позволяет вращать запястьем. Пациент, используя такой аппарат, сокращает мышцы, скажем, плеча или локтя, что, в свою очередь, генерирует электрические сигналы, активизирующие моторы, встроенные в локте, запястье или руке.
Помимо этого, достаточно широко развивается производство искусственных конечностей со специальными тепловыми сенсорами, расположенными на кончиках пальцев протеза. Сенсоры посылают сигнал по компьютеризированной схеме, управляющей ими и дающей сигнал электродам, расположенным в коже пациента. Таким образом создаются, вернее, воспроизводятся ощущения тепла и холода в искусственных конечностях.
И пусть пока все эти разработки находятся в стадии исследований и экспериментов и вряд ли кто возьмется дать 100 % гарантии. Хотя и сейчас уже есть те, кому нейронные протезы вернули все ощущения нормальной, здоровой жизни. Так, например, Дана Боуман — американский военный парашютист, потеряв во время аварии, случившейся в 1994 году, обе ноги и получив взамен новые — нейронные, смог не только вернуться в парашютный спорт, но и совершить уникальный прыжок на стадион Атланты во время Олимпийских игр 1996 года. Он — единственный человек с двойной ампутацией ног, имеющий лицензию на управление вертолетом, частную лицензию для полетов на одномоторном и водном самолетах. Он занимается подводным плаванием, ездит на велосипеде, катается на горных и водных лыжах, а еще водит мотоцикл…
Так что надежда на то, что в недалеком будущем любой человек, попавший в непоправимую ситуацию, связанную с утратой жизненно важных органов, сможет жить полноценной жизнью, все-таки есть.
Игорь Литвинов