Хабрахабр

В Университете Джонса Хопкинса создали искусственную кожу, которая чувствует боль

Это покрытие получило название «электрическая кожа» (e-dermis). Специалисты американского университета Джона Хопкинса разработали специализированное покрытие для бионических протезов. При оказании физического давления на покрытие «кожа» посылает сигнал о болевых ощущениях изначально в локтевой и срединный нерв, а потом — в соматосенсорную кору головного мозга. Оно как настоящая кожа активно реагирует на внешние факторы.

Именно благодаря этому протез способен формировать болевые ощущения, на которые человек реагирует. Как уже можно понять, сам протез подключается к остатку конечности, в частности, к нервной системе. Результаты исследования опубликованы в издании Science Robotics.
В обычной ситуации за формирование и передачу сигнала, который, в конечном итоге, дает человеку почувствовать боль, отвечают так называемые ноцицепторы. Понятно, что все это задумывалось не для того, чтобы заставить человека чувствовать боль, а с той целью, чтобы носитель протеза мог реагировать на потенциально опасные для искусственной конечности ситуации. Располагаются они в наружном слое кожи. Их иногда так и называют — рецепторы боли. Путешествие сигнала достаточно длинное, он проходит сразу через три типа нервных волокон: Aβ-, Aδ- и C. При появлении внешнего фактора (химический, тепловой или механический) рецепто активизируется, генерирует сигнал, который передается в спинной мозг, а затем — в головной. Практически мгновенно проявляется болевой сигнал, который запускает рефлекторную реакцию и человек, например, отдергивает руку от горячей кастрюли. Первый вид рецепторов отвечает за то, чтобы человек как можно быстрее отреагировал на возникающую опасность.

Если бы этого не было, то организм человека реагировал бы абсолютно одинаково на порез ножом или давление, оказываемое ребром деревянной линейки. Интересно, что рецепторы в состоянии отличить сигнал «опасность» от обычного предупреждения. Но в первом случае мы резко реагируем, во втором — вообще можем не обращать внимание на внешний раздражитель.

Понимая это, ученые и разработчики бионических протезов уже давно ищут способ научиться формировать чувство осязания и боли в разных частях искусственных конечностей. В целом, боль полезна для человека и животных, поскольку она дает понять, что что-то идет не так и позволяет избежать опасность или, по крайней мере, попытаться это сделать. Это, в частности, позволяет избежать разрушения протеза в случае чрезмерной нагрузки на него.

Руководителем группы является Люк Осборн. Похоже, что дальше всех в этом направлении продвинулись именно специалисты из Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса. Ученые использовали остатки нервных окончаний для кожной электромиостимуляции локтевого и срединного нервов. В качестве добровольца для «испытаний болью» выступил 29-летний мужчина, у которого ампутированы обе руки. Опыт удался, поскольку специалистам удалось сформировать определенные болевые ощущения в организме добровольца.

Интенсивность ощущения, как оказалось, зависели от таких характеристик импульса, как длина и частота. Сам он рассказывает об этом, как о покалываниях в местах, где когда-то были пальцы (напомню, что обе руки ампутированы). Для того, чтобы проверить результаты исследования, ученые не только руководствовались словами мужчины, но и проверяли реакцию его организма при помощи электро энцефалографа. Наиболее эффективным и болезненным оказался сигнал с частотой от 10 до 20 герц.

Это покрытие нанесли не на весь протез, а лишь на «пальцы», указательный и большой. Что касается покрытия, то оно не однородное, а состоит из нескольких слоев ткани, резины, проводящего слоя и слоя, который реагирует на изменение давления. Как оказалось, при давлении определенной силы сигнал достигает порога, который уже воспринимает организм человека (примерно 250 килопаскалей).

При сильном сжатии такого предмета доброволец чувствовал боль, а «кисть», то есть протез, автоматически разжималась. Максимальное давление на единицу площади оказывали острые предметы. В случае, если «кисть» сжимала предметы с округлыми краями, доброволец не чувствовал боль.

Насколько можно судить, будущее уже близко. Пока что искусственная кожа реагирует лишь на механический фактор, но в скором будущем специалисты надеются на создание более совершенных систем, которые смогут ощущать химическое и тепловое воздействие.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть