Ученые создали умные нейропротезы
Нейробиологи Санкт-Петербургского университета в составе международной научной группы разработали и протестировали систему биомиметической нейростимуляции, способную транслировать близкую к натуральной информацию в неповрежденные отделы нервной системы. Разработка показала свою эффективность в тестировании на животных и пациентах. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Воздействие на мозг посредством стимуляции периферических нервов — один из перспективных методов при нейропротезировании конечностей у пациентов с утраченными двигательными функциями, ампутированными конечностями и параличами вследствие травм и заболеваний нервной системы. Однако недавно международный коллектив ученых, в состав которого вошли специалисты Санкт‑Петербургского университета, выяснил, что такой подход не всегда обеспечивает естественную сенсомоторную активность. Как отмечают ученые СПбГУ, для более эффективного восстановления пациентов необходимо исследовать новые способы сенсорной стимуляции, близкие к естественным.
Международная команда исследователей, в состав которой вошел заведующий лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ профессор Павел Мусиенко и сотрудники его научной группы, разработала и протестировала систему биомиметической нейростимуляции, которая передает в неповрежденные отделы нервной системы человека информацию, приближенную к натуральной, естественной.
«На основе математической модели механорецепторов — окончаний нервных волокон, которые реагируют на механическое воздействие, — мы создали биомиметические стратегии стимуляции, имитирующие активность различных афферентных единиц, которые передают импульсы от рецепторов в головной или спинной мозг», — рассказал автор работы, заведующий лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ, научный руководитель направления «Нейробиология» научно‑технологического университета «Сириус», заведующий лабораторией нейромодуляции Института физиологии имени И. П. Павлова РАН Павел Мусиенко.
Ученые экспериментально оценили новую парадигму на животных моделях, исследовали соматосенсорную нейросеть, стимулируя нерв и записывая рефлекторные реакции в ганглиях (спинномозговых узлах) дорсальных корешков и спинном мозге. Такая стимуляция привела к активности нейронной сети, причем эта активность по своей пространственно‑временной динамике оказалась приближена к естественной нормальной.
Новая умная нейротехнологическая парадигма, разработанная научной группой, была реализована в бионическом устройстве и протестирована на реальных пациентах, обеспечив большую мобильность и лучшую координацию по сравнению с традиционными подходами.
Текст: СПбГУ
Valle, G., Katic Secerovic, N., Eggemann, D. et al. Biomimetic computer-to-brain communication enhancing naturalistic touch sensations via peripheral nerve stimulation. Nat Commun 15, 1151 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-45190-6