Бионические технологии: новые горизонты и тренды

Бионические протезы

По словам директора института бионических технологий и инжиниринга Сеченовского университета, профессора Дмитрия Телышева, одним из главных трендов бионических технологий являются умные протезы. В настоящее время мы наблюдаем эволюцию от простых систем протезирования к более сложным, когда протезы становятся функциональным продолжением конечности.

Усовершенствование технологий протезирования ведется по двум основным направлениям. Первое — это очувствление протезов, в результате чего человек может чувствовать через протез и воспринимать необходимые сенсорные паттерны. В качестве второго направления можно выделить разработки, связанные с умным управлением протезами, и здесь также достигнут довольно значимый результат, в частности когда речь идет об управлении бионическими ногами, которые становятся продолжением конечности.

Для того, чтобы управление бионическим протезом было близко к естественному движению, необходима быстрая, молниеносная реакция сенсорных систем, аналогичная той, которая происходит в нашем организме. И в этой связи огромный вклад вносят разработки в области нейроинтерфейсов.

Нейротехнологии

Другим трендом бионики по мнению Дмитрия Телышева являются нейроинтерфейсы. Открытия в области исследования нейрофизиологических процессов с одной стороны, и новые технологии с другой стороны, позволяют надеяться на ряд прорывов. В частности, разработки в данных направлениях могут существенно ускорить победу над такими заболеваниями, как Паркинсон, Альцгеймер и т. п. Также в перспективе можно ожидать прогресс в области борьбы с депрессивными расстройствами, которые являются бичом текущего времени.

Один из примеров разработок Сеченовского университета — беспроводные интерфейсы для стимуляции периферических нервов. По сути они представляют собой солнечные батареи в миниатюре. В результате процедуры с применением данной технологии оптический сигнал переводится в электрический, который далее способствует ряду процессов, положительно влияющих на организм.

В качестве примера использования беспроводных интерфейсов можно рассмотреть опыт с седалищным нервом. В процессе эксперимента ученые рассекали седалищный нерв крысы, затем оборачивали его нейроинтерфейсом и засвечивали красным спектром с периодичностью 1 минута в день. Опыт дал хорошие результаты — была восстановлена проводимость, и в результате достигнут практически такой же отклик на импульс, как у здорового нерва. Преимущество технологии, во-первых, в отсутствии необходимости проводов — красный свет проникает на нужную глубину, что позволяет стимулировать нерв оптически, вызывая его восстановление. Во-вторых данная процедура намного эффективнее, чем простое зашивание нерва после операции.

Результаты представленного опыта открывают целый спектр возможностей в области медицины. В частности нейростимуляторы могут применяться в борьбе с различными нарушениями нервной системы, вызывающими депрессивные расстройства. В числе таких разработок стимулятор блуждающего нерва, который залегает неглубоко, что позволяет проводить стимуляции без имплантации устройства.

Также в области нейроинтерфейсов наметилась тенденция к переходу от органических подложек к биорастворимым материалам. В результате имплант сам растворяется и выводится из организма после регенерации нерва.

Еще одно возможное применение нейроинтерфейсов — это стимуляция сетчатки. Ученые Сеченовского университета проводили эксперимент по восстановлению сетчатки лягушки путем её стимулирования в разных диапазонах длины волн. Для реабилитации фоторецепторов использовался нанофосфор, который является чувствительным элементом к определенным волнам. Опыт привел к восстановлению восприятия и проводимости сетчатки. Таким образом было выявлено, что при добавлении в нанофосфор красного, зеленого и синего цвета, то есть всего спектра цветов, станет возможно восстанавливать зрение пациентам с нарушениями работы сетчатки.

Любопытно, что данная технология в футурологической плоскости позволяет говорить о возможности увеличения видимого спектра человеческого зрения, поскольку нанофосфор можно добавлять на разные длины волн. Однако в настоящий момент ученые руководствуются исключительно медицинскими задачами.

Статья подготовлена по материалам дискуссии «Киберпанк и биопанк: к какому технологическому будущему мы стремимся?», организованной в рамках программы Международного симпозиума «Создавая будущее»