Поиск - новости науки и техники

По моему хотению: мозг помогает человеку побороть его недуг

Не так давно в Москве проходил Второй международный симпозиум по экзореабилитации. Российские участники демонстрировали свои разработки в области, лежащей на стыке неврологии, медицины и инженерии. Впечатление, признаемся, сильное. Представьте, неподвижную руку пережившего инсульт пациента врачи помещают в тренажер, отдаленно напоминающий железную перчатку, а на голову одевают шапочку с электродами, подключенными к компактному усилителю сигналов и компьютеру. Проходит несколько минут – и, повинуясь воле парализованного, экзоскелет начинает сгибать пальцы больного. Как это происходит, что собой представляет этот перспективный метод? Рассказать о нем и необыкновенных устройствах, представленных на симпозиуме, “Поиск” попросил его участника, автора одной из разработок, директора Центра биоэлектрических интерфейсов НИУ ВШЭ, PhD Алексея ОСАДЧЕГО.

Картина такая, – объясняет Алексей Евгеньевич. – Кровоизлияние в мозг, происходящее при инсульте, часто вызывает повреждение его областей, отвечающих за двигательную активность. Но есть у мозга очень ценное качество – пластичность. После инсульта эта его способность значительно возрастает (почему неизвестно, но факт имеет место быть).


Мозг в состоянии переформировать связи между его неповрежденными отделами, чтобы вместе прийти на помощь пострадавшей области, заместить ее и тем самым восстановить нарушенную двигательную функцию. Задача ученых – создать для этого все условия, попытаться “привести в чувство” неработающую область мозга, включив его в “кольцо” обратной связи, оказавшееся разомкнутым в результате инсульта. В случае реабилитации пациентов с дефицитом двигательной функции верхних конечностей помогает экзоскелет – устройство, сгибающее кисть и пальцы рук. Его создали сотрудники Института высшей нервной деятельности РАН и Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.И.Пирогова.

– Эту сложную конструкцию приводит в действие сам больной?

– Да, в этом суть метода, его “добавочная стоимость”, если хотите, по сравнению с традиционной реабилитационной рутиной. Пациент должен очень сильно захотеть двигать пальцами или сжимать кулак. Должен представлять, как он это делает, концентрируясь на своем желании. Его “хотение” формирует определенный контекст активности задействованных в выполнении движения областей головного мозга. У здорового человека за подобным “хотением” сразу следует движение, но у больного этого не происходит. Однако устройства активной нейрореабилитации узнают о воле пациента, анализируя активность его мозга, которая регистрируется электроэнцефалографом, состоящем из шапочки с электродами и усилителя слабых сигналов флюктуации разности потенциалов на поверхности головы больного. А математические алгоритмы обработки сигналов позволяют выделить информацию о намерении совершить движение. Сообщение об этом мозг рассматривает как призыв о помощи и старается выручить: его пластичность приходит в действие, аккумулирует энергию и посылает ответ. Электроды фильтруют сигналы и выделяют те, что относятся к движению рук, а датчики фиксируют активность электрических потенциалов. Ответную реакцию мозга принимает экзоскелет, и рука начинает движение. Мало того что пальцы смогли согнуться в кулак или зашевелиться, – благодаря пластичности активизировалась поврежденная часть мозга. Она как бы заново учится управлять пальцами, выполняя своего рода работу над ошибками. И в результате бездействующая область мозга постепенно восстанавливается.

– Этот метод применяется на практике?

– Да. Тренажер для рук уже три года успешно работает в клинике при Пироговском университете. Сначала отобрали 120 пациентов, а для сравнения образовали контрольную группу из 80 человек, проходивших обычную реабилитацию. И по большинству показателей у больных с экзоскелетом результаты оказались лучше, чем у их товарищей по несчастью из контрольной группы. Лечение с тренажером можно сравнить с физиотерапией. Пациент тренируется 10 дней примерно по полчаса. Следующий цикл реабилитации – через месяц или два. И все 120 человек – кто лучше, кто хуже – восстановили потерянную функцию. Главное – они могут себя обслуживать: надо ли говорить, как это важно для больных, переживших инсульт! И еще один принципиальный момент. Сейчас в компетентных кругах обсуждается возможность включения метода восстановления с помощью экзоскелета в систему обязательного медицинского страхования. Это сделает его применение практически бесплатным и доступным для всех больных. Тем более что сама технология не отличается особой сложностью. Экзоскелет, хотя и стоит дорого, но служит годами. Рядовой электроэнцефалограф ничего сложного собой не представляет – такие приборы есть в каждом неврологическом отделении клиник. А разработка алгоритмов анализа данных ЭЭГ и компьютерных программ не является большой проблемой. Так что вся технология стоит не так уж и дорого. Сложно собрать все воедино, отладить до малейших деталей, чтобы в клинике не случалось сбоев. Есть надежда, что в будущем появятся специальные “фитнес-центры”, где пережившие инсульт больные смогут проходить реабилитацию.Наш Центр биоэлектрических интерфейсов в НИУ ВШЭ летом 2018 года начал разработку идеомоторного интерфейса для управления экзоскелетом нижних конечностей, производимым наукоемкой фирмой ExoAtlet. Моим аспирантам Николаю Сметанину и Александре Кузнецовой уже удалось апробировать систему на пациенте-парапледжике (страдающим параличом нижних конечностей). Устройство пристегивают ремнями к ногам, и когда тренажер приходит в действие, больной встает, для подстраховки опираясь на костыли (на снимке). Дальше, как и в случае с парализованными руками, он воображает движение, в данном случае – шаг. И механическое устройство, управляемое сигналами активности мозга и распознаваемое нашим интерфейсом, выполняет один локомоторный цикл. В это время в мозг поступает информация от растягивающихся (сокращающихся) мышц, суставов, кожи и т.д., замыкающая обратную связь и помогающая формированию новых нейронных сетей взамен разрушенных в результате инсульта. Судя по публикациям зарубежных коллег и опыту отечественных ученых, участвующих в исследованиях по реабилитации пациентов с дефицитом двигательной функции верхних конечностей, такая технология ускоряет процесс восстановления обездвиженных пациентов.

– Помимо перенесших инсульт для кого еще предназначаются эти необыкновенные устройства?

– Прежде всего для больных с неврологически обусловленным дефицитом двигательной функции. Это детский церебральный паралич (ДЦП) и, конечно, всевозможные травмы, в частности, повреждения позвоночника. Что касается реабилитации функции нижних конечностей, то мы еще только в начале пути. Предстоят апробация в клинике, выработка критериев и оценка реабилитационного потенциала каждого конкретного пациента.

– Всем ли пострадавшим помогает уникальная технология?

– Исследования, выполненные нашими коллегами, показывают, что главное в благополучном исходе реабилитации – желание пострадавших сотрудничать с медиками. Если пациенты, что называется, поставили на себе крест – мол, им уже ничто не поможет – этот метод не для них. Он для тех, кто не складывает руки, а готов бороться, хватаясь за любую возможность встать на ноги и самому себя обслуживать. Кто не чувствует себя “подопытными кроликами”, а активно сотрудничает с медиками, понимая, что ему предоставлен шанс, и старается им воспользоваться. Конечно, есть разница между возможностями, скажем, пожилых больных, перенесших инсульт, и травмированных молодых людей – спортсменов и экстремалов.

– В международном симпозиуме по экзореабилитации участвовали ведущие в этой области ученые из зарубежных стран. Вопрос: кто от кого отстает?

– Отставание есть, но не столько в качестве исследований и разработок, сколько в количестве исследователей, то есть в отсутствии критической массы. В развитых странах таких центров, как наш, десятки. А у нас на всю страну – раз, два и обчелся. Кстати, последние два года проводится внутрироссийская версия соревнования Cybathlon, у нас она называется “Нейротлон”. Проходит оно так: пациентам с разной степенью обездвиженности, как правило, молодым людям, получившим травмы, одевают на голову шапочку с электродами, и, варьируя активностью головного мозга, они управляют компьютерной игрой. Задача – простая: подводная лодка по их велению должна всплывать и погружаться, избегать препятствий и др. Все это она делает, повторяю, по команде мозга, тем самым демонстрируя успехи разработчиков нейроинтерфейса и преимущества в эффективности развивающих методик, используемых для реабилитации конечностей. И наша команда, состоящая из аспирантов и студентов Центра биоэлектрических интерфейсов НИУ ВШЭ, два года подряд занимает второе место, пропустив вперед только организаторов соревнования – российскую компанию “Нейроботикс” (но ее обыгрывать, как вы понимаете, было бы невежливо с нашей стороны). Так что в качестве своих разработок мы уверены. Беда в кадрах. Закончив обучение в ВШЭ (магистратуру или аспирантуру), многие молодые люди уезжают за рубеж на работу в качестве аспирантов или постдоков. И ничего с этим не поделаешь.

– Да, может, и не надо. Важно, чтобы вернулись.

– Безусловно, но для этого надо создавать привлекательные условия, чтобы PhD захотелось вернуться обратно. Наша ВШЭ старается это делать: возвращающихся ждут очень неплохие должности, соответствующая зарплата и перспективы роста под руководством опытных коллег, многие из которых являются обладателями докторских степеней ведущих мировых университетов. Скажем, в 2018 году мы открыли Центр по поддержке мегагранта Министерства образования и науки РФ. Его выиграл сотрудник “Вышки”, специалист в области инвазивных нейроинтерфейсов Михаил Лебедев (PhD) из университета Дьюка (США).

– Каковы перспективы? Куда дальше вы намерены двигаться?

– Задача по разработке нейроинтерфейсов для управления устройствами нейрореабилитации – лишь одно из направлений исследований нашего центра. Самое важное для нас сегодня – распространить технологии, сделать их доступными для большинства клиник страны. Необходимы методики, чтобы точно знать, каким пациентам реабилитация принесет облегчение, а каким – нет, какую терапию в каждом конкретном случае надо проводить. Определить это поможет набор тестов. Их разработка – очередная наша задумка.

Юрий ДРИЗЕ

Фотоснимки предоставлены А.Осадчим

Нет комментариев