Фантомные ощущения позволяют протезу руки чувствовать тепло и холод

Ощущение тепла или его отсутствия на кончиках пальцев слишком легко воспринимается как должное. Большинство людей с ампутированной верхней конечностью, носящих протезы рук и кистей, не могут получить эти ощущения. Однако ученые из Швейцарского федерального технологического института (EPFL) разработали новую технологию, которая позволяет ощущать температуру протезом руки, как если бы это была настоящая рука.

Отчет об исследовании, проведенном группой ученых, был опубликован в журнале CellPress Med.

Система, которую инженеры назвали MiniTouch, использует неврологический феномен, обнаруженный группой исследователей в прошлом году, под названием "фантомное тепло". Этот феномен, как они выяснили, может заставить поверхность протеза чувствовать так, как будто это собственная кожа пользователя, не требуя при этом хирургического вмешательства или имплантации. Фантомные тепловые ощущения возникают, когда ампутанту кажется, что температура, ощущаемая на его оставшейся конечности, на самом деле исходит от той части тела, которой больше нет. Это похоже на другие фантомные ощущения, такие как осязание, которые, по словам ученых, испытывают около 80% ампутантов.

Система MiniTouch работает путем подключения температурных датчиков на кончиках пальцев протеза руки к терморегулятору и небольшой площадке из теплопроводящего материала. Токопроводящая подушечка, расположенная в том месте конечности, которое может вызывать ощущение фантомного тепла, либо нагревается, либо охлаждается, чтобы соответствовать температуре, измеренной на кончике пальца.

Значительная часть ощущений от материалов на самом деле обусловлена их тепловыми характеристиками. Металл ощущается холоднее стекла потому, что он быстрее охлаждает кожу от 32 °C до комнатной температуры. Ученым удалось воспроизвести этот характерный тепловой перепад с помощью датчика. Он не только измеряет, но и имитирует тепловые свойства пальца.

Фантомное тепло возникает из-за того, что нервы продолжают расти после ампутации, а также из-за того, что мозг обрабатывает сенсорную информацию и, предположительно, продолжает воспринимать сигналы от тех частей тела, которых больше нет. Нервы все еще продолжают подавать сигналы в те части мозга, которые обрабатывают такие сигналы, как "мизинец горячий" или "большой палец холодный".

Чтобы проверить точность устройства, ученые попросили добровольцев с ампутированными конечностями провести ряд экспериментов. Они определяли температуру небольших предметов, которые брали в руки с помощью протеза. Например, один человек с ампутированным предплечьем мог отлично различать холодные предметы, предметы комнатной температуры и горячие предметы. Этот же испытуемый с помощью руки MiniTouch прекрасно различал три материала — стекло, медь и пластик.

Система MiniTouch - одна из нескольких разработок протезов, которые возвращают чувства, утраченные при ампутации. В предыдущих работах были разработаны роботизированные руки, которые передают пользователю ощущение давления, позволяя ему захватывать тонкие предметы гораздо аккуратнее, чем при использовании только зрения.

Ученые разработали устройство таким образом, что оно может быть встроено в любой протез с питанием и работать с ним. Это может означать, что MiniTouch может стать одним из модулей в более крупных протезных системах.