Как двусторонний интерфейс мозга и экзоскелета учит ходить заново: прорыв лабораторий USC, UCI и Caltech с точностью 92 % и сенсорной обратной связью.
Тысячи людей с травмами спинного мозга живут в мире, где ноги не слушаются, а земля под ними не чувствуется.
Но наука делает невероятный поворот: новый двусторонний интерфейс «мозг-компьютер» (BCI) позволяет не только управлять роботизированными ногами силой мысли, но и физически ощущать каждый шаг — словно собственные мышцы снова работают.
Разработка объединила умы трёх ведущих научных центров Калифорнии: Медицинской школы Кека при Университете Южной Калифорнии (USC), Калифорнийского университета в Ирвайне (UCI) и Калифорнийского технологического института (Caltech).
Их система, описанная в журнале Brain Stimulation, представляет собой полностью имплантируемый чип, который считывает намерение идти прямо с поверхности мозга и одновременно отправляет обратно искусственные тактильные сигналы. Это первая технология, объединившая управление экзоскелетом и сенсорную обратную связь в единую замкнутую петлю.
В отличие от всех существующих интерфейсов, которые передают команды только от мозга к машине, здесь добавлено «чувство шага». Электроды, размещённые над моторной корой, улавливают электрическую активность, когда человек представляет движение ног. Миниатюрный компьютер, встроенный в имплантат, декодирует этот сигнал и отдаёт приказ роботизированному экзоскелету сделать шаг. В тот же момент система активирует электроды в сенсорной коре — участке, отвечающем за осязание, — создавая у пациента иллюзию, будто он действительно опирается на стопу, чувствует поверхность и ритм ходьбы. Больше не нужно полагаться только на зрение и гадать, коснулась ли нога земли. Мозг вновь ощущает тело.
Первая живая демонстрация прошла с участием пациентки, которая проходила лечение эпилепсии и уже имела временно установленные электроды в нужных областях мозга. Сама она сидела на больничной койке, а один из исследователей облачился в экзоскелет. Женщина просто мысленно представляла шаг — и машина послушно вела учёного по коридору отделения интенсивной терапии. Точность распознавания намерения ходить составила 92 %. Затем исследователь вышел из поля зрения, а система начала стимулировать сенсорную кору пациентки, синхронизируясь с реальными шагами экзоскелета. Женщина с закрытыми глазами считала шаги и угадала их с точностью 93 %. Поразительно, что никаких предварительных тренировок не проводилось. Как подчёркивает руководитель Центра нейрореабилитации USC, профессор клинической нейрохирургии, с практикой эти показатели могут стать ещё выше.
«Главная новизна в том, что датчики на скелете запускают стимуляцию мозга, и человек буквально чувствует каждый шаг. Мы стремимся сделать систему полностью имплантируемой — без громоздких внешних компьютеров, привязывающих пациента к стойке с приборами», — объясняет один из ведущих разработчиков, нейрохирург из Медицинской школы Кека. Его коллега, нейробиолог из Калифорнийского технологического института и директор Центра интерфейса мозг-машина имени Т. и К. Чена, добавляет: «Сегодня люди с параплегией, использующие экзоскелеты, вынуждены опираться только на визуальную обратную связь. Наша разработка открывает путь к естественному, почти интуитивному контролю — такому, каким он был до травмы».
За словами учёных стоит конкретный план.
После успешной демонстрации Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) выдало разрешение на клинические испытания устройства с участием пациентов, полностью парализованных в ногах.
На первом этапе электроды будут имплантированы на 30 дней. Этот месяц позволит не только отточить точность декодирования, но и сделать сенсорную стимуляцию более богатой: исследователи хотят передавать не просто факт шага, а текстуру поверхности, давление, возможно, даже тепло.
Затем начнётся миниатюризация — инженеры из UCI и Калтеха уже работают над чипом, который можно будет навсегда оставить внутри тела без внешних проводов. «Конечная цель — проверить работу системы на людях с полным параличом ног и доказать, что мы можем воссоздать здоровую сенсомоторную петлю», — говорит профессор биомедицинской инженерии из Калифорнийского университета в Ирвайне.
Примечательно, что та же междисциплинарная группа разрабатывает технологию, объединяющую мозг-компьютерные интерфейсы со стволовой клеточной терапией. В перспективе это позволит не только «подключить» мозг к роботизированным конечностям, но и помочь нервной системе самостоятельно восстанавливать утраченные связи. Так шаг за шагом — в прямом и переносном смысле — стирается грань между живым телом и умной машиной.
Возвращение способности ходить перестаёт быть фантастикой. В стенах калифорнийских лабораторий рождается будущее, где мысль становится движением, а движение — чувством. И это, пожалуй, самая трогательная технологическая победа из возможных.
#нейроинтерфейс #BCI #экзоскелет #паралич #восстановлениеходьбы #BrainStimulation #USC #UCI #Caltech #медицинабудущего (5067 символов)
https://www.brainstimjrnl.com/article/S1935-861X(26)00042-2/fulltext
