Высокая скорость обработки информации позволит новым, «лазерным» протезам в перспективе стать практически идентичными живым конечностям.

Пентагон уже добился больших успехов в создании искусственных конечностей, контролируемых сигналами мозга. Это большой шаг по сравнению со старыми примитивными протезами, однако пока такие устройства далеки от совершенства.

Дело в том, что в основном они опираются на металлические имплантаты, которые не совместимы с тканями организма. Кроме того, имплантированные датчики могут передавать лишь несколько сигналов одновременно, поэтому, например, поворот, простейшее человеческое движение, представляется для «умного» протеза сложнейшей задачей.

Но теперь специалисты оборонного научного агентства DARPA убеждены, что способ сделать протезирование действительно совершенным наконец-то найден. Команда ученых из Южного методистского университета разработала уникальный интерфейс, который связывает электронную начинку протеза с нервной системой с помощью лазерного излучения и оптических проводов. Новый тип протеза в перспективе обеспечит плавные естественные движения и длительный срок службы без проблем отторжения элементов интерфейса живой тканью реципиента.

Рис. 1. Реализация прямой оптической связи с нервами очень сложна и находится на переднем крае науки.

Проект начался в 2005 году, когда исследователи обнаружили возможность связи с нервной тканью с помощью инфракрасного света. DARPA в прошлом году выделило 5,6 млн долл. на создание протезов на базе инфракрасных лазеров. В настоящее время уже разработан совершенно новый микродатчик, представляющий собой мягкую желеобразную сферу в несколько сотен микрон в диаметре и тонкий волосок оптоволокна.

Уникальная структура датчика делает его совместимым с тканями организма, в отличие от металлических имплантатов, которые повреждают тонкие ткани, изнашиваются в течение года и провоцируют отторжение. При этом одно оптическое волокно может передавать за один раз огромное количество информации и стимулировать одиночные нейроны.

Новый «лазерный» протез выгодно отличается от старых, «электрических». Раньше, когда пациенту нужно было поднять чашку, мозг выдавал множество сигналов для отклонения руки на несколько градусов. Однако электрический протез с недостаточной скоростью обрабатывал эту информацию, и движение получалось гораздо более медленным, чем естественное. Это было похоже на то, как будто человек с помощью протеза поднимает не легкую чашку, а тяжелую скамейку. Естественно пользоваться таким протезом в повседневной жизни тяжело.

«Лазерные» протезы обрабатывают информацию настолько быстро, что кроме сканирования сигналов, идущих от мозга, могут передавать свои сигналы на нейроны, формируя таким образом ощущение прикосновения к горячей поверхности чашки. Это позволяет добиться естественности движения и легко обращаться с предметами, даже если они не находятся в поле зрения.

Новые протезы будут представлять собой съемную конечность с набором волоконно-оптических кабелей, пристегивающихся к соответствующим оптоволокнам, соединенным с нервными клетками реципиента. Широкое распространение подобные устройства получат не ранее, чем через 10 лет, но ученые уже прошли важнейший этап: практически разработали датчики, которые могут снимать сверхслабые сигналы с единичного активного нерва. Это означает, что в будущем протезы будут иметь подвижность и чувствительность идентичную настоящей живой конечности.