USD 29.03.2024 92.2628 -0.3291
USD ММВБ 00:05 92.7192  
EUR 29.03.2024 99.7057 -0.5647
EUR ММВБ 00:05 100.4220  
Нефть($) ..20 +
Нефть(p) ..20 0.00 +0.00

Запчасти для человека: эволюция протезирования. Часть II

Основатель и директор «Петербургского медицинского форума» кандидат медицинских наук Сергей Ануфриев в беседе с экспертом в области теории эволюции систем Павлом Захаровым выяснял, как протезы меняют тело человека и культуру нашей цивилизации.

Первую часть беседы "Запчасти для человека: эволюция протезирования" читайте по ссылке 

 

Преимущество в выживании и размножении получают организмы, которые более приспособлены к существованию в среде. Быть более приспособленным – значит, обладать меньшим числом недостатков. В живой природе наличие полезных и вредных свойств определяется случайными мутациями генов. Давление естественного отбора приводит к выбраковке организмов с недостатками.

Решая стоящую перед ним задачу воссоздания утраченной конечности, человек делает множество образцов. Какие из вариантов он отбракует, а какие оставит? Ответ очевиден. Каждая последующая модель, тип и вид лучше предыдущего. Каждая последующая технология изготовления эффективнее предыдущей. Материалы, использующиеся при протезировании, также сменяли один другой – дерево, металл, полимеры и их комбинации вкупе с тонкой электроникой. С каждым новым «шагом» полезных свойств становилось все больше, а недостатков меньше. Мы наблюдаем все тот же хорошо знакомый нам естественный отбор, в котором основным фактором отбора является не природа с ее случайными мутациями, а человек, управляющий изменениями.

Итак, мы видим два основных направления развития протезирования. Первое, «биологическое направление» описывает развитие технологии донорства. Конечно, человеку больше всего подходят органы человека, но людей традиционно не хватает, поэтому люди не могли не попытаться «имплантировать» в себя органы животных. В итоге довольно быстро стало понятно, что органы животных могут быть использованы только после серьезного вмешательства в геном. Но лучше гор могут быть только горы, а лучше человеческих органов – другие человеческие органы (древняя людоедская поговорка). Причем лучше прочих органов – органы собственные. И сейчас во многих научных центрах идут исследовательские работы по выращиванию человеческих органов с использованием собственных клеток пациентов для исключения риска отторжения. Технологии, которые при этом используются, кроме как волшебством, назвать трудно. Если мочевой пузырь выращивается путем «накапывания» на нейтральную коллагеновую основу определенной клеточной культуры, то кровеносные сосуды уже можно печатать на биопринтерах – слой за слоем, слой за слоем… После того, как орган будет готов, его можно пересаживать в тело пациента, не боясь реакции иммунной системы.

Сергей Ануфриев: Что можно сказать о технологиях регенерации?

Павел Захаров: Совершенно очевидно, что способность нашего тела к самовосстановлению «спрятана» в генах. Основная трудность регенеративного направления в том, что человеческий геном – крайне сложная штука и вмешательство в него для достижения желаемой цели – управляемой и быстрой регенерации частей тела и органов, чревато. Чтобы найти рычажок и передвинуть его в положение «вкл», нам придется скрупулезно распутывать клубок генетических связей, в котором все связано со всем. Сколько времени это займет? Может оказаться и так, что за миллионы лет эволюции мы вовсе утратили тот кусок кода, который содержит элементы генетической программы. Но трансгуманистов, сторонников радикального продления жизни это не останавливает, и это правильно.

Второй путь – техническое направление. Техника уже дополняет наши тела и уютно устраивается внутри нас. По сути, мы говорим о киборгизации. Объективности ради следует заметить, что мы частично уже стали киборгами и за примерами далеко ходить не надо.

Сергей Ануфриев: Что мы увидим завтра? Завтра мы увидим высокоэффективные нейроинтерфейсы, которые практически стирают границу между естественным и искусственным. Если искусственная нога выполняет все те же функции, что и естественная, если конечность чувствует температуру и давление, если рука – это рука, то почему мы ограничиваем их в правах?

Павел Захаров: Сидя в первых рядах, мы прямо сейчас наблюдаем взаимопроникновение, прорастание, диффузию биологического тела и технической системы. Причем прорастание – в буквальном смысле. Перспективные инженерные решения предусматривают прикрепление протеза (ноги или руки) к телу не с помощью традиционной «гильзы», в которую плотно вставляется культя, а прямо к кости. Причем «стыковочный узел» протеза печатается металлом на специальном 3D-принтере, что позволяет создать индивидуальную форму для каждого из пациентов. Но и это еще не все. Само место соприкосновения с костью делается сетчатым (а-ля пчелиные соты), а рисунок сетки – фрактальным. На поверхность изделия наносятся вещества, содержащие биологические реагенты – активаторы роста костной ткани, стимулирующие рост кости в месте контакта. В результате кость и металл не надо скреплять болтами, как раньше. Кость сама прорастает в металл, становясь с ним единым целым. Второй шаг – подключение протеза к нервной системе человека, чтобы протез «ожил».  

Не так давно для управления приводами протеза, которые меняли его положение в пространстве в соответствии с пожеланием владельца, использовались сканеры электрической активности мышц, оставшихся в культе или вокруг нее. Сейчас получены обнадеживающие результаты экспериментов, позволяющие говорить о несомненном успехе технологии нейроинтерфейсов, когда протез напрямую, с помощью микроэлектродов, подключался к нужным участкам головного мозга.

Конечно, сканирование электрического потенциала мышц позволяло быстро начать использовать такой протез, но принципиальный минус: пациенту всякий раз приходится осмысленно напрягать и расслаблять те или иные мышцы тела для «командования» протезом. И это могут быть мышцы, ранее никак не связанные с возложенными на них функциями. Например, пациент должен «научить» боковые мышцы плеча управлять тонкими движениями искусственных пальцев, а грудные мышцы должны отвечать за сгибание и разгибание локтя. Стоит ли говорить, что, несмотря на рефлекторность, которая возникала после долго обучения, такой способ управления искусственными конечностями далеко не идеален.

Решение напрашивалось само – подсоединить протез к тем участкам мозга, которые изначально отвечали за управление руками и/или ногами. И относительно недавно, в 2012 году, это было успешно реализовано. Эксперимент, осуществленный в рамках международного проекта BrainGate2 специалистами из Университета Брауна (США), Главного госпиталя Массачусетса, Гарвардской медицинской школы и Германского аэрокосмического центра (DLR), стал настоящим прорывом. 58-летняя женщина смогла самостоятельно выпить кофе, контролируя роботизированный манипулятор силой мысли (рис. 20). Как это стало возможным?

Достижения в нейрохирургии и точном картировании мозга позволили вводить микроэлектроды в нужные участки двигательной коры. Затем программа, отвечающая за детекцию мозговой активности в режиме реального времени, обучалась выявлять паттерны (шаблоны), соответствующие тем или иным движениям, присущим настоящим рукам и ногам. Достигнув нужного предела точности определения сигналов и, что более важно – эффективно игнорируя (фильтруя) шумы, программа переводила эти сигналы в машиночитаемый код для воспроизведения движения механической конечностью.

А в апреле 2016 года впечатляющих результатов добилась группа исследователей из Wexner Medical Center при университете штата Огайо. Они помогли парню, перенесшему перелом позвоночника и полностью парализованному ниже шеи, снова шевелить своей собственной парализованной рукой. С помощью технологии Neurobridge они направили импульсы от головного мозга непосредственно к мышцам предплечья. В этом случае можно говорить о протезировании участка нервной системы.

Конечно, все равно имеется риск – какой бы продвинутой ни была нейрохирургия и сопутствующие технологии, вмешательство в живой мозг всегда опасно. Именно по этой причине в настоящий момент изучаются способы неинвазивного (без непосредственного проникновения в мозг) сканирования электрической активности мозга для решения тех же задач.

Сергей Ануфриев: Итак, что же мы увидим завтра и послезавтра? Два магистральных направления мы обозначили – разработка перспективных биотехнологий, направленных на дальнейшее развитие клонирования и/или регенерации собственных, настоящих, органов, и технологическая революция, адепты которой печатают на 3D-принтерах искусственные руки и ноги, которые готовы превзойти «натурпродукт» практически по всем параметрам. Есть твердая уверенность, что человек не будет выбирать между вариантами. Он реализует оба. Органы и части тела, которые мы сможем выращивать, – мы будем выращивать. Это касается, прежде всего, нашего богатого внутреннего мира. А все, что мы сможем заменить металлом и пластиком, мы заменим.

Павел Захаров: Чуть не забыли еще один немаловажный фактор, дополнительно говорящий в пользу техноапргейда. Какими бы продуктивными ни стали технологии клонирования и регенерации, их использование приведет человека в его естественное состояние, не подарив никаких сверхспособностей (можно ли назвать таковой увеличенную продолжительность жизни?). А современные и перспективные модели протезов, экзоскелетов и прочих «встраиваемых» в тело и дополняющих его гаджетов выводят человека на новый уровень. И не только физиологический. Ремонт тела уже не является главным достижением технологий. Мы не просто возвращаем руку или ногу. Мы не просто дарим новый орган взамен поизносившегося. Мы возвращаем человеку жизнь, а обществу - человека. Невозможно не обратить внимание на следующий аспект: протезирование влияет на культуру нашего общества. Раньше человек, получивший серьезную травму, становился персоной «нон грата» и, даже обладая протезом, не мог рассчитывать на тот же уровень социализации. Современные технологии и развитая инфраструктура позволяют сделать протез предметом искусства, а его использование – перфомансом, творческим, гуманистическим актом, превращая былое увечье в пример человеческой силы и мужества. У всех на слуху имя Оскара Писториуса, уроженца ЮАР, обладателя двух замечательных беговых протезов из карбона, ставшего символом упорства.

Оскар Писториус
 

Искусственные ноги позволяют спортсмену показывать результаты, достойные олимпийских атлетов и даже превосходить их! Певица Виктория Модеста, лишившаяся левой ноги в 11 лет, сделала свою искусственную ногу эффектным элементом сценического имиджа.

Виктория Модеста
 

Сергей Ануфриев: Еще один символ объединения человеческого духа и технологий – американская актриса, спортсменка и модель Эмили Маллинз, потерявшая ноги в раннем детстве и добившаяся потрясающих успехов в спорте и модельном бизнесе.

Эмили Маллинз
 

Павел Захаров: Да, постепенно, шаг за шагом, мы улучшали искусственные части тела и органы. Но изменения оказались куда глубже: развивающиеся технологии изменили человеческую культуру. Понимание ценности жизни привело человека к тому, что мы сохраняем не только тело, но и душу, заботясь о братьях наших меньших. Мы делаем клювы для орлов и пеликанов. Мы делаем лапы для уточек и плавники с хвостами для дельфинов. Мы меняем сломанные лапки собачек и котиков на колесики или новые искусственные лапки. Мы делаем новые ноги слонам!

 

Совершенно очевидно, что протезы как яркий пример технологической революции стремительно обрастают новыми, ранее «нетрадиционными», функциями. Это не просто замена отсутствующей части тела – это рабочий инструмент, спортивное орудие, предмет искусства. Развитие «интернета вещей» не оставляет сомнений – протезы будут желанными гостями в мире умных вещей. Они будут учиться друг у друга. Они будут помогать нам подключаться к другим машинам, а системы обратной связи, обеспечивающие прямую связь механизмов с мозгом, могут сотворить и вовсе нечто невероятное. К примеру, пилот самолета сможет подключиться к лайнеру и буквально ощутить его продолжением себя! Разум действительно дает нам стальные руки-крылья. Мы неустанно развиваем технологии, которые меняют нас.

И мы с удовольствием меняемся, но при этом остаемся людьми.  

 

P. S. Осенью 2016 года в Швейцарии пройдет первая Олимпиада людей-киборгов. 

Все новости рубрики

    следующая
    следующая
    Все новости
    ЗОЖ

    Лучшее в Петербурге

    В июле в Петербурге было зарегистрировано ДДУ в 2,6 раза меньше, чем в марте

    Автоэксперт поставил под сомнение экологичность электромобилей

    Как это сделано

    написать письмо

    Кофе из глины и сливки с мелом: как в царское время подделывали продукты

    Принято считать, что до изобретения консервантов и ароматизаторов вся еда была натуральная. Но фальсификация продуктов ещё в царской России была настоящей проблемой.

    Проверено на себе

    Шесть главных марафонов мира: как пробежать и кто добежал

    В мире бега бесконечное количество стартов: от нескольких метров до тысяч километров, от стадионов до горных вершин. Забеги объединяются, разъединяются, меняют названия, дистанции, логотипы и спонсоров, но самой популярной серией марафонов уже несколько лет остается World Marathon Majors – шесть главных забегов мира, которые объединились, чтобы объединять других.

    Гид по Петербургу

    Эклектика в Петербурге: средневековые башни, атланты, грифоны, пауки, всё сразу

    Яркий архитектурный стиль, который дал свободу зодчим и досыта накормил заказчиков всевозможными диковинными элементами при строительстве и перепланировке домов.

    Пресс-релизы