«Моторика» учит бионический протез возвращать человеку чувство прикосновения

Бионическая рука получает обратную связь: «Моторика» учит протез передавать прикосновение обратно в нервную систему

Современный протез умеет двигаться, но почти ничего не рассказывает владельцу

Большинство бионических протезов решают только половину задачи естественной руки.

Электроды считывают активность оставшихся мышц, система управления интерпретирует эти сигналы, а электродвигатели приводят в движение пальцы протеза. Человек может взять чашку, удержать предмет или выполнить определённый жест.

Но естественная рука работает в обе стороны. Мозг не только отправляет мышцам команды, но каждую секунду получает огромный поток информации от кожи, суставов и сухожилий: насколько сильно мы сжимаем предмет, где именно к нему прикоснулись, твёрдый он или мягкий, движутся ли пальцы.

Именно поэтому мы способны, например, взять бумажный стаканчик, не раздавив его, практически не глядя на руку.

У обычного протеза такого канала обратной связи нет. Пользователю приходится контролировать действия преимущественно зрением.

Исследовательское направление, которым занимается «Моторика» вместе с Федеральным центром мозга и нейротехнологий ФМБА России, пытается восстановить этот недостающий канал.

Датчик на пальце должен превратиться в ощущение в несуществующей кисти

Принцип системы можно представить как цепочку из трёх элементов.

Первый — сенсорный. Датчики протеза регистрируют взаимодействие с окружающим миром: например, давление при контакте с предметом.

Второй — вычислительный. Электроника переводит показания датчиков в определённую последовательность электрических импульсов.

Третий — нейронный. Эти импульсы стимулируют сохранившиеся структуры нервной системы. Мозг получает вызванную стимуляцией нервную активность и постепенно учится интерпретировать её как информацию о прикосновении.

Таким образом, датчик сам по себе не «посылает ощущение в мозг». Между физическим контактом протеза и субъективным ощущением человека существует система кодирования: параметры окружающего мира необходимо перевести на язык, который нервная система сможет использовать.

Именно это превращает задачу из обычной инженерии датчиков в нейропротезирование.

«Моторика» исследует несколько подходов — стимуляцию периферических нервов, стимуляцию спинного мозга и неинвазивную электрическую стимуляцию через кожу. Для разных видов информации и разных пациентов оптимальная схема может оказаться различной.

Первые исследования показали, что искусственный сигнал действительно можно научиться «читать»

Проект развивается с 2021 года, а опубликованные результаты позволяют лучше понять, что скрывается за формулировкой «возвращение тактильных ощущений».

В работе, опубликованной в 2023 году в журнале Brain Stimulation, участвовали два человека с ампутациями предплечий. Электроды располагались рядом со срединным, локтевым и лучевым нервами.

Стимуляция вызывала ощущения, которые участники воспринимали как возникающие в фантомной кисти. Один из участников научился использовать этот искусственный сенсорный канал при работе бионической рукой и различать предметы разных размеров.

Следующая опубликованная работа команды, появившаяся в Frontiers in Neuroscience в 2024 году, исследовала двух человек с ампутацией на уровне плеча. Участникам имплантировали электроды для стимуляции периферического нерва и спинного мозга.

Обе методики позволяли вызывать ощущения в фантомной кисти, однако периферическая стимуляция чаще воспринималась как более естественная. При выполнении заданий с бионической рукой участники научились различать размеры предметов, а сочетание периферической и поверхностной электрической стимуляции позволяло передавать информацию о мягкости объекта.

Важная деталь: результаты улучшались по мере обучения. Это показывает, что создание «чувствующего протеза» зависит не только от аппаратуры. Мозг пользователя тоже должен научиться интерпретировать новый искусственный сенсорный код.

Сенсорная обратная связь решает задачу, которая давно ограничивает бионические протезы

Исследования чувствительных протезов ведутся во многих странах.

Существуют системы, передающие информацию через вибрацию кожи, поверхностную электрическую стимуляцию, имплантированные электроды периферических нервов и даже прямую стимуляцию соматосенсорной коры мозга.

Общая логика у этих направлений одна: протез должен перестать быть только механическим исполнительным устройством и превратиться в часть замкнутого сенсомоторного контура.

Научные обзоры подчёркивают, что сенсорная обратная связь потенциально способна сделать управление протезом более естественным и уменьшить необходимость постоянно смотреть на искусственную конечность. Однако превращение экспериментальных ощущений в устойчивое преимущество в повседневной жизни оказалось значительно сложнее, чем первоначально предполагалось.

Человеческое осязание многомерно. Мы одновременно воспринимаем давление, вибрацию, температуру, текстуру, положение пальцев и направление приложенной силы. Передать один параметр значительно проще, чем восстановить весь этот комплекс.

Поэтому способность различать «большой или маленький» либо «твёрдый или мягкий» предмет — не восстановление нормального осязания, а важная демонстрация того, что канал искусственной сенсорной связи вообще может работать.

У технологии есть и второе направление — фантомная боль

Исследования «Моторики» одновременно изучают возможность использовать нейростимуляцию для уменьшения фантомной боли после ампутации.

Это не случайное объединение двух задач.

После ампутации нервная система не перестаёт существовать ниже воображаемой границы утраченной конечности. Сохраняются нервные пути и участки мозга, ранее обрабатывавшие информацию от руки или ноги. Изменение этой сенсорной системы считается одним из механизмов формирования фантомных ощущений и боли.

В исследовании 2023 года стимуляция периферических нервов полностью устранила фантомную боль у одного из двух участников и уменьшила её на 40–70% у второго.

Такие цифры выглядят впечатляюще, но интерпретировать их необходимо крайне осторожно: два пациента не позволяют оценить среднюю эффективность метода, частоту неудач, продолжительность эффекта или вероятность осложнений.

Тем не менее сочетание двух возможностей — уменьшения боли и восстановления полезной сенсорной информации — делает нейростимуляцию особенно интересным направлением реабилитационной медицины.

Главный вопрос теперь не «можно ли вызвать ощущение», а можно ли пользоваться им годами

«Моторика» сообщает, что проект прошёл несколько последовательных этапов исследований и сейчас находится на пятом этапе. В предыдущих исследованиях участвовали шесть человек. В 2026 году совместный Центр кибернетической медицины и нейропротезирования продолжал набор добровольцев с ампутациями и фантомными болями.

Именно расширение числа участников становится критически важным.

Пока опубликованные научные работы демонстрируют прежде всего принципиальную возможность технологии. Для перехода от лабораторного эксперимента к медицинскому продукту необходимо ответить на значительно более сложные вопросы.

Насколько стабильными остаются ощущения спустя месяцы и годы? Не меняются ли пороги стимуляции? Как долго безопасно работают имплантированные электроды? Насколько система помогает выполнять бытовые задачи вне лаборатории? Перевешивает ли функциональная польза необходимость хирургического вмешательства и обслуживания имплантов?

Есть и инженерная проблема задержки сигнала. Для естественного управления обратная связь должна поступать практически сразу после контакта протеза с предметом. Чем медленнее работает контур «датчик — обработка — стимуляция — мозг», тем менее естественным становится взаимодействие.

Поэтому следующий этап развития сенсорных протезов — не просто создание большего числа ощущений, а превращение их в быстрый, стабильный и практически полезный канал информации.

Если технология масштабируется, изменится само определение бионического протеза

Сегодня качество протеза часто оценивается по механике: количеству жестов, силе схвата, скорости движения пальцев, массе и точности управления.

Сенсорная обратная связь добавляет совершенно другое измерение — качество взаимодействия человека с устройством.

Для пользователя это потенциально означает меньше необходимости постоянно наблюдать за искусственной рукой, более точный контроль силы захвата и ощущение большей включённости протеза в собственную схему тела.

Для инженеров задача тоже меняется. Уже недостаточно создать хорошую роботизированную кисть. Необходимо проектировать единую систему из сенсоров, алгоритма кодирования, стимулятора, нервного интерфейса и обучения пользователя.

А для медицины бионический протез постепенно превращается из внешнего технического средства реабилитации в нейротехнологическое устройство, взаимодействующее непосредственно с нервной системой.