12 марта 2024
Ученые Университета «Сириус» создали «умные» нейропротезы
Нейробиологи Университета «Сириус» 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 тестированиях на животных и пациентах. Результаты исследования опубликованы в международном научном издательстве Nature.
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 Университета «Сириус» и Санкт-Петербургского университета, выяснили, что такой подход не всегда обеспечивает естественную сенсомоторную активность. Как отмечают ученые, 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, научный руководитель направления «Нейробиология» Научно-технологического университета «Сириус», профессор Павел Мусиенко и сотрудники его научной группы, разработали и протестировали систему биомиметической нейростимуляции, которая передает в неповрежденные отделы нервной системы человека информацию, приближенной 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, научный руководитель направления «Нейробиология» Научно-технологического университета «Сириус», заведующий лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ, заведующий лаборатории нейромодуляции Института физиологии им. 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.
Ученые исследовали новую парадигму, стимулируя нерв и записывая рефлекторные реакции в спинном мозге и его вспомогательных структурах. Биомиметическая стимуляция привела к активности нейронной сети, приближающейся по своей пространственно-временной динамике 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.
Для информации:
Работа проведена Санкт-Петербургским университетом совместно с Университетом «Сириус», Институтом физиологии им. И.П. Павлова РАН, Центром LIFT (Life Improvement by Future Technologies Center), НИТУ МИСиС, а также ETH Zurich