Полный экзоскелет помог парализованному мужчине пройти 145 метров

Группа исследователей под руководством профессора Алима-Луи Бенаби (Alim-Louis Benabid) из французского Университета Гренобль-Альпы разработала алгоритм для нейрокомпьютерного интерфейса, с помощью которого практически полностью парализованный пациент смог управлять полным экзоскелетом. В этом устройстве мужчина смог пройти в общей сложности 145 метров в течение 39 исследовательских сеансов, сделав 480 шагов. Подробности о работе ученых опубликованы в The Lancet Neurology.

Современные нейрокомпьютерные интерфейсы позволяют считывать электрические сигналы головного мозга, интерпретировать их и передавать управляющие команды на различные системы: коляску, роботизированный манипулятор или компьютеру, например, для набора текста. Несмотря на то, что исследования в области нейрокомпьютерных интерфейсов ведутся активно, ученым пока не удалось создать систему, позволяющую реализовать быстрое и точное управление.

Новая разработка французских ученых позволяет управлять полным экзоскелетом, созданным для движения всеми четырьмя конечностями. В их нейрокомпьютерном интерфейсе используются два сенсорных модуля, закрепленные на правой и левой половинах головы. Эти сенсорные модули соединены с электродами, размещенными под черепной коробкой. Каждый модуль соединен с 64 электродами. Электрические импульсы, регистрируемые модулями с помощью электродов, могут передаваться компьютеру или системе управления экзоскелетом.

В эксперименте изначально должны были принять участие два парализованных добровольца, однако один из них выбыл, поскольку вживленные ему электроды перестали работать. Второй доброволец в возрасте 28 лет практически полностью парализован ниже плеч. Он может только двигать бицепсом и кистью левой руки, причем эти движения крайне ограничены. Мужчину подключили к нейрокомьютерному интерфейсу два года назад, после чего он проходил постепенное обучение: учился управлять роботизированными манипуляторами, аватаром в виртуальной реальности и экзоскелетом.

В общей сложности доброволец потратил на обучение 95 дней в домашних условиях и 45 дней в условиях лаборатории. Экзоскелет, которым учился управлять мужчина, имеет 14 подвижных соединений и 14 степеней свободы. Для управления экзоскелетом добровольцу пришлось учиться не только одновременно контролировать все четыре конечности, но также управлять дополнительными электронными переключателями, в том числе и включением режима ходьбы.

В настоящее время пациент способен справиться с выполнением задач, требующих трех степеней свободы, с вероятностью 99 процентов и 71 процент — в случае с задачами, требующими восьми степеней свободы. Во время ходьбы в экзоскелете аппарат частично подвешен к страховке, которая не дает ему заваливаться в стороны. Дальнейшее обучение добровольца, как полагают ученые, позволит ему сохранять баланс в экзоскелете самостоятельно. В настоящее время исследования продолжаются. В них примут участие еще три добровольца.

В 2017 году исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны представили легкий экзоскелет, который должен спасать пожилых людей от случайных падений. Новое устройство не работает при обычной ходьбе, однако, если его система управления определит, что человек, например, оступился, будет включена активная поддержка бедер и таза. Это предотвратит падение. Экзоскелету необходимы всего 350 миллисекунд, чтобы определить начинающееся падение и предотвратить его.

Василий Сычёв