НАУКА И ТЕХНОЛОГИИ

Ученые: Нейронный контроль пальцев рук может лечь в основу нового метода реабилитации инвалидов

США •19/03/2022 — 17:36

Группа ученых из Йельского университета изучила механизмы, которые задействует организм при точном приложении сил кончиками пальцев. Опубликованные в издании Proceedings of the National Academy of Sciences результаты демонстрируют новое понимание нейронного контроля и эволюции человеческой руки, которые потенциально могут лечь в основу новых способов реабилитации инвалидов.

Исследования проводились под руководством доцента кафедры машиностроения и материаловедения Мадхусудхана Венкадесана. Команда исследователей сосредоточилась на изучении стабильности пальцев при приложении силы к наконечнику, так называемом «прецезионном захвате». Он используется человеком при вдевании нитки в иголку, письме ручкой, использовании инструментов и многом другом.

Ученые попросили добровольцев надавить кончиками согнутых указательных пальцев как можно сильнее на плоскую поверхность. Большую часть времени палец был стабилен, но периодически щелкал и сгибался. Исследователи попытались понять, насколько рефлексы организма влияют на поддержание стабильности.

«Все щелкающее движение невероятно быстрое – в основном менее 50 миллисекунд», – отметил Венкадесан.

По его словам, сопоставимое время уходит на то, чтобы нервный сигнал от кончика пальца достиг спинного мозга и вернулся обратно.

Таким образом, времени для стабилизирующего рефлекторного ответа у организма попросту нет. При этом стабилизация только за счет силы мышц для обеспечения жесткости привела бы к снижению силы.

Ученым удалось установить, что моторные навыки точного захвата обеспечиваются компромиссом между стабильностью пальцев, силой и гибкостью, что требует тщательного нейронного контроля нескольких мышц одновременно. При захвате мышцы с обеих сторон суставов пальцев сжимаются, чтобы стабилизировать суставы, но уменьшают силу и гибкость наших пальцев.

Венкадесан сравнил пальцы, кисть и руку с марионеткой, нитями которой выступают мышцы и сухожилия.

«Ваша нервная система должна быть осторожна в том, как она управляет всеми этими мышцами, чтобы управлять этой марионеткой и поддерживать ее стабильность. Как только вы это узнаете, акт стабилизации происходит благодаря механике системы», – пояснил ученый.

Путем построения математических моделей данных механик исследователи установили, что они не уникальны для пальцев, а актуальны для любой многозвенной части тела – ногам, телу в целом.

В дополнение к открытию путей для лечения травм и создания протезов это проливает свет на работу рук и других конечностей и может помочь в изучении ранней эволюции человека.

Ранее ученые, проводя исследования на участке в 160 километрах к западу от Пекина, обнаружили там признаки древней человеческой культуры. Гоминиды использовали красноватый пигмент, называемый охрой, и изготавливали крошечные, похожие на лезвия, инструменты из камня.