«Умные» протезы превратят инвалидов в киборгов

Уже года через два-три в России появятся качественные биопротезы отечественного производства — недорогие и надежные. Так считает врач-биофизик Владимир Конышев.


© Фильм «Грань будущего»

Какие новые возможности получат инвалиды благодаря этим «умным» устройствам? Об этом в рамках проекта «Все включены!» Владимир Конышев рассказал «Росбалту».

— Владимир Анатольевич, разработчики «умных» протезов подчеркивают, что эти устройства не только компенсируют инвалидам утраченный физический функционал, но и дают им новые, дополнительные возможности, которых нет у обычных людей. В самом деле так?

 — Это можно видеть на примере новейших протезов ног, которые делаются из современных материалов, преобразующих энергию, и позволяют, скажем, спортсменам — параолимпийцам бежать быстрее, чем их здоровые коллеги. Причем эти протезы даже не электромеханические — никаких двигателей в них нет. А если в протез добавить еще и дополнительные технические возможности, связанные, допустим, с распознаванием сигналов, или мощные двигатели, то, разумеется, обладатель таких устройств действительно получит преимущество, и не только в беге, а и в других функциях.

Примером тут может служить известная английская модель, у которой нет ног, зато протезы могут трансформироваться до большей или меньшей длины. Преимущество этой женщины в том, что в ходе показа мод на подиуме она может легко менять свой рост.

Однако не все так просто. Дай бог, как говорится, чтобы биопротезы обеспечивали тот же функционал, что и рука или нога человека. Но, если усилить их техническими новшествами, обнаруживается слишком много проблем. Скажем, чем больше двигатели, тем сложнее само устройство и система его электропитания. При этом не до конца понятно, как управлять всеми дополнительными степенями подвижности протеза.

Что я имею в виду? В современных биопротезах есть, например, некий переключатель схвата (то есть движения кисти). Человек переключает его, а потом, используя биосигналы оставшихся после ампутации мышц, посылает искусственной кисти команду: «Сжать пальцы». И, в зависимости от своего положения, протез может совершать цилиндрический схват (чтобы, скажем, взять стакан), схват тремя пальцами (чтобы зажать ключ) и т. д. Но, повторю, проблема тут в сложности управления. Поэтому развитие биопротезов сейчас идет в сторону распознавания более тонких движений мышц без использования переключателя. Кто-то из разработчиков, например, считает, что биопротезами можно управлять с помощью нейросигналов — считывать их датчиками с поверхности головы и распознавать, какой именно схват или другое движение рукой хочет сделать человек.

— Есть ли прогресс в этих разработках?

 — Да, и довольно большой. Пять лет назад американские ученые сообщили, что научились распознавать типы схвата с помощью матриц электродов, помещенных на кору головного мозга. Но для этого необходимо вскрыть череп, то есть провести сложнейшую операцию. А сегодня уже появились разработки, кстати, тех же ученых из США, которые позволили обходиться для той же цели электродами на поверхности головы. Возможно, что уже в ближайшем будущем инвалиды, оснащенные такими протезами, будут управлять ими без переключателей, одной силой мысли.

Возможностей здесь открывается масса. К примеру, в бионической кисти может быть вмонтировано не пять пальцев, а больше. А в зависимости от задачи и от профессии человека пальцы можно заменять сменными инструментами. Допустим, зачем пальцами брать паяльник, если есть возможность поставить его на место указательного пальца, отвертку — на место среднего пальца и так далее? Когда-нибудь это станет возможно, в том числе и с использованием адекватных систем управления. Представьте: человек подумал, и в «умной» кисти у него заработал паяльник… Можно представить и как, скажем, женщины с подобными протезами будут становиться более высококлассными специалистами-парикмахерами, чем парикмахеры с обычными руками. И к таким кибер-мастерам пойдут клиенты…

— А почему?

 — Можно предположить, что у женщины-парикмахера с биопротезом прямо в пальцы будут встроены специальные парикмахерские инструменты. Соответственно, эффективней станет и работа. Появятся и чисто психологические преимущества. Клиент сможет сказать кому-то: «Вчера я пошел в салон на стрижку к человеку-киборгу — и вот, посмотрите, какую он мне сделал прическу!» Бионическая рука, как полуробот, соединенный с человеком, совершает больше движений в более быстром темпе. Это все равно что пойти в цирк, где акробаты совершают кульбиты, недоступные простому человеку. Парикмахер-киборг с особой кинематикой рук сможет дополнить и украсить процесс стрижки элементами зрелищности, представления, шоу.

Вспомните голливудский фильм «Эдвард Руки-ножницы», в котором зрителя завораживает герой, у которого вместо пальцев — ножницы. Вытворять такое возможно не только в кино, но и с помощью биопротезов верхних конечностей. Речь тут идет не об отдаленном, а о ближайшем будущем. Углепластик, легкие сплавы, печать с помощью металла, которая позволяет делать самые различные модификации высокотехнологичных протезов — все это уже не за горами.

— Какими еще новыми возможностями будут обладать владельцы биопротезов?

 — «Умные» протезы заменят инвалидам не только ампутированные руки и ноги. В ближайшие годы в России появится и множество новых отечественных имплантируемых устройств, компенсирующих человеку сенсорные органы. К примеру, слуховые импланты, которые позволяют глухим людям слышать — это уже давно не фантастика. Но российские компании их не производят. А цена на зарубежные импланты доходит до 1,5 млн рублей за аппарат и операцию по его вживлению. Поэтому помочь большому количеству глухих людей на государственные деньги крайне сложно. А на свои средства, конечно, позволить себе такое может не каждый.

Другая новая возможность — «умный» искусственный глаз. Здесь не уже так все просто, и сложность, например, заключается в том, что сигнал от микровидеокамеры нужно передать в мозг. Один из вероятных вариантов — стимуляционная матрица, которая внедряется в зрительную кору человека и передает туда электрические разряды. Однако этому мешает эффект отторжения инородных материалов нейронами: матрица постепенно окружается соединительной тканью, рубцами, и, как следствие, теряется проводимость с нее на кору.   Возможно, использование нанотехнологий в этой сфере в итоге приведет к тому, что нервная ткань перестанет распознавать чужеродные структуры, и отторжения не будет. Но пока подобные работы находятся на стадии экспериментов, которые не приводят к длительному восстановлению зрения.

Если эта проблема будет решена, то у разработчиков появится возможность помочь не только слепым и слабовидящим, но и улучшить зрительные и другие сенсорные возможности здоровых людей, которые смогут ставить себе дополнительные органы чувств. Например, получат инфракрасное зрение, видение в других диапазонах. Врач без градусника сможет увидеть, что у больного температура, или опознать без УЗИ и других технических средств, в каком именно месте у пациента наблюдается «разогрев» и воспалительный процесс в почках или печени. Такую имплантированную микровидеокамеру можно будет вживить, скажем, где-нибудь на лице, например, замаскировать в виде родинки.

Или, предположим, новые возможности в области реабилитации после инсульта. Несколько цифр: по статистике, сегодня в России происходит примерно 450 тыс. инсультов в год. Треть этих людей умирают, треть восстанавливаются, а треть становится инвалидами. Реабилитация требуется как минимум 100 тыс. инсультников. Как им помочь?

К примеру, с помощью антропоморфной робототехники, применяемой в медицине. Сейчас мы, помимо прочего, сконцентрировались на экзоскелетах кисти, позволяющих разгибать руку у человека, который в результате болезни потерял такую возможность. Это называется нейрореабилитацией — в том числе после инсультов и нейротравм. Устройство включает в себя нейрошлем и управляется сигналами мозга. Такой экзоскелет можно взять в аренду на период реабилитации и ежедневно тренироваться не в больнице, а дома.

С помощью такого распознавания сигналов мозга даже люди с тяжелыми повреждениями спинного мозга и полной обездвиженностью смогут получить возможность, например, управлять коляской или экзоскелетом, в котором можно передвигаться.

— Некоторые глухие люди не хотят устанавливать себе «умные» импланты, даже если у них и есть такой шанс. Почему?

 — Дело тут, во всяком случае, не в отторжении чужеродных частиц организмом, поскольку все материалы, из которых изготавливаются импланты, как правило, испытаны на совместимость. Здесь играет роль, скорее, психологический фактор. Есть немало инвалидов, которые просто привыкли к своей глухоте, то есть им неприятны источники внешнего шума. Они не хотят испытывать дискомфорта и считают, что им не нужна дополнительная информация в виде лишних звуков. Они и так полностью адаптировались к жизни, работают и социализированы, общаются с такими же слабослышащими людьми, как и они сами, с помощью языка жестов, и им этого вполне достаточно. Особенно таких много среди старшего поколения.

— Но и другие «умные» био- нейро- и киберпротезы тоже зачастую не пользуются такой уж большой популярностью. По какой причине?

 — Из-за своего технического несовершенства. Биопротезы различаются по степени сложности. Есть, например, протезы руки, которые обеспечивают всего две степени подвижности — схват и вращение кисти. Казалось бы, достаточно простое устройство. Инженеры, которые разрабатывают их, гордятся своими изделиями. А в реальности оказывается, что они часто ломаются. Допустим, человек покупает протез, в котором для каждого пальца есть по двигателю, шесть степеней подвижности, разные схваты. Но быстро убеждается, что суперпротез перестает правильно действовать уже через полчаса, что у него проблемы с питанием, что в замкнутом пространстве потеет кожа, и поэтому плохо распознаются сигналы…

За рубежом такие протезы могут стоить 50 тыс. евро, а в России — и все 100 тыс. Люди, которые их все-таки покупают, видят достаточно маленький результат, не соответствующий такой большой цене. Поэтому они отказываются от столь сложных устройств и выбирают, так сказать, простой автомат Калашникова — обычные, так называемые «пассивные» и тяговые протезы, которые выглядят как обычная искусственная рука, и обеспечивают минимальный функционал, позволяющий делать самое необходимое, но зато не ломаются. Человек думает: «Зачем мне покупать за несколько миллионов устройство, которое потом будет лежать в углу? Если оно многофункционально, то дорого и легко выходит из строя. Поэтому, куплю-ка я протез без наворотов, у которого, допустим, кисть можно просто повернуть другой, здоровой рукой…».

Возможно, в недалеком будущем наши производители смогут перекрыть потребность в биопротезах, которые сейчас поставляются из-за границы, за счет изготовления отечественных, более простых, но и более надежных и дешевых устройств, способных работать в дождь, в грязи и т. п.

Сегодня появилось много технических усовершенствований, в том числе, например, и более компактные аккумуляторы, однако создать такой всепогодный протез пока никому не удалось.

— А если российские производители все-таки наладят массовое производство недорогих биопротезов, многие ли инвалиды смогут их приобрести?

 — Как правило, при импортозамещении цены в этой сфере уменьшаются в 5-10 раз. Российский аналог кохлеарного аппарата, по нашим расчетам, может стоить 300 тыс. рублей. Это все-таки не 1,5 млн. А вместо зарубежного биопротеза руки за 50 тыс. евро мы получим такой же и даже более надежный за 5 тыс. евро в переводе на рубли.

Можно разработать систему аренды протезов, например, для детей, которым приходится менять их часто. Я могу представить себе, например, пункт аренды бионической кисти. Не понравилось — вернул, понравилось — используй дальше или выкупай. Почему нет?

— Значит, пока нашим инвалидам не стоит рассчитывать на высокотехнологичные протезы? И все наладится только через 20, 30 лет?

 — Есть все признаки того, что ситуация кардинально поменяется уже года через два-три: у нас будут качественные дешевые биопротезы российского производства. Если раньше мы, разинув рты, смотрели, что и как разрабатывается и производится за границей, то сейчас в России появились инженерные команды из молодых амбициозных специалистов, которые не сидят сложа руки.

Беседовал Владимир Воскресенский

«Росбалт» представляет проект «Все включены!», призванный показать, что инвалидность — это проблема, которая касается каждого из нас. И нравственное состояние общества определяется тем, как оно относится к людям с особенностями в развитии.

Проект реализован на средства гранта Санкт-Петербурга.

Иллюстрация ИА «Росбалт»