Чувствовать снова: как бионика возвращает осязание и побеждает фантомную боль

Сегодня бионические протезы перестают быть просто техническими приспособлениями — они становятся полноценной частью тела. Протезы нового поколения с тактильной обратной связью не только двигаются, но и возвращают ощущение прикосновения, открывая путь к более естественной интеграции протеза в тело и сознание человека, а также давая шанс справиться с одним из самых мучительных последствий ампутации — фантомной болью.

Первые упоминания о протезах относятся к глубокой древности. Еще в Древнем Египте (около 1500 года до н. э.) для замены утраченной части тела использовались простейшие приспособления из дерева и кожи. В Древнем Риме и Греции существовали металлические или деревянные протезы рук и ног. А первый значительный скачок в протезировании произошел в эпоху Средневековья и особенно после массовых войн, когда увеличилось количество людей с ампутациями. В XV–XVI веках начали появляться механические протезы с подвижными элементами, пружинами и зажимами — они были крайне примитивны, но впервые позволяли выполнять простые действия, ранее выполнявшиеся утраченной конечностью.

Что касается XX века, то он ознаменовался внедрением протезов с пассивной и активной фиксацией, а с середины века появились первые электромиографические протезы, управляемые сокращением мышц.

Технология, которая возвращает ощущение себя

Однако фантомные боли продолжают оставаться одной из самых загадочных и труднообъяснимых явлений в медицине. Это состояние, при котором человек продолжает ощущать боль, зуд, тепло или другие сенсорные сигналы в конечности, которой больше нет. По статистике, от 60 до 80% людей, перенесших ампутацию, сталкиваются с фантомными болями, и у многих они сохраняются на протяжении всей жизни.

На первый взгляд кажется парадоксом: как может болеть то, чего уже нет? Однако нейрофизиология дает этому объяснение. В коре головного мозга существует так называемая сенсомоторная карта — сложная схема, по которой мозг воспринимает и обрабатывает сигналы от разных участков тела. Когда конечность утрачивается, участок мозга, связанный с ней, остается активным — но не получает входящих данных.

Такая сенсорная «тишина» воспринимается мозгом как нарушение, как «отключение связи», и запускает процесс самостимуляции: появляются спонтанные нейронные импульсы, которые мозг интерпретирует как боль. Особенно часто это происходит, если пациент ранее испытывал сильную боль в конечности — «память» об ощущениях как бы закрепляется в нейросетях.

Когда человек носит обычный протез, который не дает тактильной или проприоцептивной (прим. ред.: способность чувствовать положение и движение своего тела в пространстве) обратной связи, ситуация может усугубляться. Не получая сигналов от утраченной конечности, мозг как будто остается «в неведении» и продолжает искать эту связь. То есть нервная система остается в напряжении, и фантомная боль не проходит, а становится постоянной. Это не только физическое, но и психологическое страдание: у пациентов нарушается сон, повышается тревожность, снижается мотивация к реабилитации.

Именно поэтому возвращение даже простейших ощущений — давления, прикосновения, вибрации — через протез с тактильной обратной связью может физиологически "успокоить" мозг, перестроить его работу и тем самым ослабить или полностью устранить фантомные боли.

Интерфейс между машиной и нервной системой

В XXI веке бионические протезы стали подключаться к нервной системе, получать тактильную чувствительность и адаптивное управление с участием искусственного интеллекта.

Современная бионика уже давно научилась воспроизводить движение: сжимать и разжимать «пальцы», поднимать предмет, повторять траекторию. Однако техническая подвижность — это лишь часть задачи. Только теперь, с развитием нейроинтерфейсов и сенсорной обратной связи, протезирование выходит на качественно новый уровень: инженерная конструкция начинает восприниматься мозгом как часть тела, а не внешний механизм.

Одним из практических воплощений этих достижений стали разработки компании «Моторика», резидента инновационного центра «Сколково», которая активно развивает направление протезов с обратной сенсорной связью, то есть когда информация от датчиков на протезе передается на кожу или мышцы пациента и интерпретируется мозгом как реальное осязание. Пользователь может ощущать форму, силу нажатия, контакт с поверхностью и даже разницу температур. То есть не просто брать предмет, а чувствовать его, что особенно важно для детей или профессионально активных пользователей. Технология основана на том, что сигналы от тактильных датчиков, встроенных в протез, — например, в «пальцы» или «ладонь» — переводятся в электрические импульсы, которые направляются в те зоны кожи или мышцы, что остались после ампутации. Эти зоны все еще связаны с периферическими нервами, и мозг «узнает» в них утерянную конечность. Получая такие сигналы, он воспринимает их как настоящее прикосновение — будто рука снова на месте.

Чтобы процесс был точным, система использует алгоритмы искусственного интеллекта (ИИ), которые «подстраиваются» под конкретного человека: изучают, как его мозг реагирует, как он движется, какие сигналы воспринимает как комфортные. Фактически ИИ помогает переписать сенсорную карту тела — ту самую, что в норме формируется с рождения и нарушается после травмы или ампутации.

В результате человек начинает чувствовать протез как часть своего тела — не просто как инструмент, а как нечто «живое», подчиняющееся намерениям и возвращающее ощущение присутствия. Это не только улучшает управление, но и помогает мозгу восстановить внутреннее равновесие, снижая фантомные боли и психологический дискомфорт. Протез перестает быть внешним устройством и становится продолжением самого себя — с памятью, тактильностью и возможностью снова ощущать мир.

Клинические результаты: меньше боли — больше контроля

В недавней серии испытаний, проведенных компанией «Моторика» совместно с Дальневосточным федеральным университетом и Сколтехом, исследователи продвинулись на шаг ближе к тому, чтобы бионический протез ощущался не как устройство, а как живая рука. Испытуемые, использующие протезы с системой тактильной обратной связи, впервые реально почувствовали прикосновение предметов, удерживаемых искусственными пальцами.

Один из участников смог без труда поднять хрупкий предмет, ориентируясь не на зрение, а на ощущение давления. Другой почувствовал давление под пяткой через протез с тактильной стелькой. Такие реакции стали возможны благодаря передаче осязательных сигналов с поверхности протеза прямо в нервные окончания на коже. Электростимуляция мягкая, но вполне ощутимая — и мозг интерпретирует ее как настоящее прикосновение.

Ученые отслеживали движения глаз и поведение участников: оказалось, что при наличии тактильной связи люди перестают смотреть на протез — они начинают доверять ощущениям и управлять рукой почти интуитивно. То есть мозг действительно «принимает» протез за часть тела.

Самое поразительное — влияние на фантомные боли. Один из участников, много лет страдавший от постоянных фантомных ощущений в утраченной руке, после подключения тактильной обратной связи почти полностью избавился от боли. Можно сделать вывод, что технология может быть полезна не только с точки зрения функциональности, но и как способ нейрореабилитации.

«Одна из наших целей — разработка нейростимуляторов для купирования фантомных болей и очувствления бионических протезов. Второй этап позволит проверить результаты предыдущего этапа и получить новые параметры стимуляции для очувствления», — прокомментировал Юрий Матвиенко, руководитель проекта инвазивных исследований «Моторики».

Компания «Моторика» также разрабатывает и производит широкий спектр бионических протезов — от детских активных моделей до сложных электронных конструкций. Протезы CYBI, INDY Hand, Manifesto Fingers и ELBOW адаптированы под различные уровни ампутации — от кисти до плеча. Они управляются с помощью электромиографических датчиков, считывающих сигналы от мышц, и работают на платформе SmartLi с модульной архитектурой, позволяя индивидуально подстраивать каждый протез под особенности пользователя, возраст и стиль жизни.

Разработчики планируют расширить программу испытаний протезов и при поддержке Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА России уже готовят к запуску Центр кибернетической медицины и нейропротезирования. Одной из главных задач центра будет создание и применение новых типов протезов с обратной связью, который объединит исследования, клиническую практику и реабилитацию.

Когда бионика становится по-настоящему человеческой

Благодаря усилиям команды «Моторики» и поддержке инновационного центра «Сколково» в России формируется направление, которое можно назвать нейроинтегративной бионикой. Такие технологии важны не только с точки зрения функциональности, но и в гуманитарном, психологическом контексте. Возможность снова чувствовать, ощущать, взаимодействовать с окружающим миром на уровне тактильных сигналов — это способ вернуть не просто действие, а ощущение себя.

Восстановление чувствительности через электронный интерфейс — не просто прогресс в робототехнике, а важный шаг в развитии человекоцентричной медицины, где граница между техникой и телом все больше стирается. Возможно, именно это станет главным достижением биомедицинской инженерии XXI века.

Автор текста Анастасия Будаева

Изображение на обложке: Freepik