Создана технология для реабилитации людей с травмой позвоночника

В России разработана схема устройства, способного помочь людям с повреждением спинного мозга. Учёные из Курчатовского института уверены, что их разработка позволит заново научиться ходить.
В основе устройства – мемристоры (memory + resistor) – микроэлектронные компоненты, способные «запоминать» предыдущие воздействия. Сопротивление таких микроэлектронных устройств зависит от величины прошедшего через них заряда.
Имплант возьмет на себя функции соединения между поврежденными нейронными структурами, генерирующими последовательность импульсов для каждого шага.
Координация ног при ходьбе – очень сложный процесс. Необходимо согласованно напрягать и расслаблять мускулы, учитывая при этом данные с сенсоров кожи стоп, сигнализирующих об устойчивом положении ноги на полу или грунте.
Управление ходьбой, большей частью, лежит на «ансамблях» нейронов, расположенных в спинном мозге – в так называемом центральном генераторе упорядоченной активности (ЦГУА). В ответ на приказ мозга начать движение – он формирует последовательности импульсов, которые в свою очередь являются командой для мышц.
Если же работа нейронов нарушена в результате травмы, то вполне здоровые мышцы окажутся парализованы.
Технология, предложенная учёными из Курчатовского института, способна создать необходимую цепочку двигательных сигналов и заменить собой повреждённый фрагмент спинного мозга.
Учёные смогли добиться, чтобы в ответ на внешний сигнал, устройство, как и биологический аналог, выдавало ритмичную последовательность импульсов, в соответствии с биологическим паттерном ходьбы. Для успешной работы устройство необходимо настроить так, как действовал бы реальный спинной мозг.
Как известно, нервная система подстраивается под меняющиеся условия, при необходимости усиливая связь между нейронами, либо ослабляя эти связи.
«Одним из важнейших компонентов в нашей схеме является мемристор, так как его сопротивление можно изменять, формируя тем самым последовательность сигналов с определенным паттерном. В ходе моделирования мы выяснили, что если сопротивление мемристора слишком высокое, то при воздействии входного сигнала мембранный потенциал искусственного «нейрона» изменится незначительно, и «нейрон» не сформирует выходной сигнал», – поясняет Алина Сулейманова, научный сотрудник компании B-Rain Labs.
Мермистор необходимо «обучить», то есть уменьшить его сопротивление. Однако нельзя сделать сопротивление слишком низким, иначе последовательность выходных сигналов будет формироваться хаотично. Учёные определили чёткий диапазон значений сопротивления мемристора, при котором генерируется последовательность сигналов, похожая на биологический паттерн ходьбы.
В качестве проводящего материала за основу взято органическое соединение BTBT (бензотиено[3,2-b][1]-бензотиофен), тонкая пленка которого выступит в роли активного слоя мемристора.
«Материал был выбран не случайно. Во-первых, BTBT показывает скорость изменения сопротивления, сопоставимую с реальными биологическими нейронами. Во-вторых, в основе пленки – малая молекула, что позволяет гибко настраивать свойства устройств за счет химического изменения этих молекул и управления структурой пленки. Наконец, обладая всеми преимуществами органического материала, соединение в то же время показывает хорошую проводимость», – комментирует Никита Прудников, лаборант-исследователь группы нейроморфных систем лаборатории технологий искусственного интеллекта НИЦ Курчатовский институт.
Следующий этап разработки предусматривает создание уже реального прототипа и его дальнейшее тестирование с мемристивными приборами.
По материалам Naked Science.
Последние новости

31.03.23
Минтруд назначил одного поставщика сложной ортопедической…Московское протезно-ортопедическое предприятие (ПрОП) стало единственным поставщиком сложной ортопедической обуви, абсорбирующего белья,…

30.03.23
В Москве готовится выставка по истории реабилитационной…Уже в этом году москвичи и гости столицы смогут познакомиться с уникальными экспонатами, рассказывающими о том, как общество на протяжении…

30.03.23
Создаём доступную среду вместе! Эксперты обсудят инструменты…12 апреля в формате круглого стола пройдут общественные обсуждения, посвящённые инструментам оценки и создания доступной среды. Участники…

30.03.23
Как помочь людям с ментальными нарушениями? Академия…Команда Академии доступной среды запускает проект, призванный научить корректному оказанию поддержки людям с ментальной инвалидностью.…

29.03.23
Политически активная молодёжь – основа гражданского…В России запущен федеральный проект, призванный создать сообщество, объединяющее молодежь со свежими идеями и активной жизненной позицией.…

28.03.23
Спортивные клубы для людей с инвалидностью получат…Российские организации, реализующие программы в сфере адаптивной физической культуры, смогут получить дополнительную господдержку.…

27.03.23
«Умная трость» поможет незрячим ориентироваться в пространствеИнженеры из Вологодской области разработали ассистивное устройство, которое способно сделать людей с инвалидностью более самостоятельными…

24.03.23
В России повысят социальные пенсии для инвалидовС осени 2022 года российские предприятия могут не закрывать квоту по трудоустройству людей с инвалидностью. Вместо этого им дали возможность…

24.03.23
Для выполнения квот на трудоустройство людей с инвалидностью…С осени 2022 года российские предприятия могут не закрывать квоту по трудоустройству людей с инвалидностью. Вместо этого им дали возможность…