Использование нейрокомпьютерных интерфейсов в реабилитации пациентов после инсульта

С давних времен в кино и литературе поднимается проблема объединения человеческого мозга с компьютером. Несомненно, многие люди хотели бы иметь возможность с помощью силы мысли подключаться к глобальной сети Интернет и находить в Google необходимую информацию. Такая идея кажется фантастикой, но если учесть, с какой скоростью идёт научно-технический прогресс, то вполне возможно, что в ближайшем будущем на контрольных и экзаменах придётся ставить “глушилки” Neuro-Wi-Fi.

Принцип работы интерфейса «мозг-компьютер»

На сегодняшний день существуют нейроинтерфейсы, с помощью которых возможно осуществлять обмен информацией между мозгом и компьютером. С помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ) записывается биоэлектрическая активность головного мозга. В дальнейшем компьютер распознает сигналы и формирует команды, которые реализуют определенную задачу, например, осуществляют движение шарика на мониторе. Человек, изменяя свою функциональное состояние (напрягаясь или расслабляясь) может корректировать движения шарика. Условно, вам нужно удержать шарик в центре экрана. Если вы напрягаетесь, то он двигается вправо, если расслабляетесь-влево. Это связано с тем, что при различных функциональных состояниях начинает преобладать определенный ритм ЭЭГ (при расслаблении в затылочных отведениях усиливается альфа-ритм). Интерфейсы «мозг-компьютер» активно используются в робототехнике, промышленности, развлекательной области и, конечно, в медицине.

В последнее время нейроинтерфейсы часто используются для восстановления утраченных функций у пациентов, перенесших инсульт. Одной из частых проблем после инсульта является гемипарез (частичная потеря моторных функций конечностей одной из сторон тела). Как известно, наш мозг обладает способностью изменяться под действием опыта, а также восстанавливать утраченные связи после повреждения-нейропластичность. Проводятся множество исследований о влиянии нейроинтерфейсов на формирование новых нейронных связей и восстановлении поврежденным мозгом утраченных функций. В недавнем систематическом обзоре опубликованном в журнале «Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation» была проведена оценка величины клинического эффекта интерфейсов «мозг-компьютер» (далее ИМК) в восстановлении функции верхних конечностей после инсульта

Исследования

В 11 из 18 одногруппных исследований оценивалось влияние ИМК на улучшение восстановления моторики верхних конечностей и было показано значительное улучшение двигательной функции. Отобранные пациенты находились на хронической стадии инсульта, и поэтому улучшения двигательной функции с меньшей вероятностью были вызваны спонтанным восстановлением.

В контролируемых исследованиях (в исследованиях с контрольной группой) объединенные результаты показали, что ИМК оказали значительное влияние на улучшение функции верхних конечностей по сравнению с контрольной группой.

Эффекты от различных задач ИМК

В исследованиях использовалось два типа задач:

«Попытка движения» :пациент либо пытается двигать своей парализованной рукой, либо наблюдает за движением руки другого человека и пытается повторить это же движение.

«Моторные образы»: пациент представляет у себя в голове как он двигает своей рукой.

В обоих задачах с помощью ЭЭГ фиксируются определенные биоэлектрические изменения. Компьютер декодирует полученные сигналы и даёт обратную связь на мониторе для корректировки выполняемой задачи (например, движение шарика вправо-влево)

Анализ подгрупп показал: улучшение функций верхних конечностей после ИМК, основанных на «попытках движения» демонстрировали лучшие клинические эффекты по сравнению с ИМК на основе «моторных образов». Однако разница между подгруппами не была значимой.

Неблагоприятные события от ИМК

У любого метода лечения обязательно будут побочные эффекты. ИМК, как оказалось, не исключение. В восьми из 33 исследований было объявлено об отсутствии серьезных побочных эффектов при применении ИМК у пациентов после инсульта. Стоит отметить, что некоторые испытуемые сообщили о легком дискомфорте после тренировки с ИМК такие как:

1) тошнота

2) усталость

3) головные боли

4) повышение артериального давления

5) аллергия на электродные пластины, которые устанавливались во время исследований.

Долгосрочное влияние на двигательную функцию верхних конечностей

В некоторых исследованиях проводилась оценка долгосрочное влияние ИМК на двигательную функцию верхних конечностей. Однако время наблюдения было непостоянным: от 6 недель до 8 недель и от 6 до 12 месяцев. Также за пациентами наблюдали дважды после вмешательства через 6 недель и через 18 недель.

Метаанализ показал, что ИМК не продемонстрировали каких-либо значимых различий по сравнению с контрольными вмешательствами, независимо от того, использовались данные последующего наблюдения через 6 недель или 18 недель.

Выводы и перспективы:

Использование ИМК безопасна для пациентов после инсульта, однако в некоторых исследованиях были зафиксированы нежелательные побочные эффекты. Несмотря на то, что ограниченное количество исследований не подтверждают долгосрочного эффекта на двигательную функцию верхней конечности, объективные данные показывают, что тренировка ИМК оказывает значительное влияние на улучшение двигательной функции верхних конечностей.

Использование нейроинтерфейсов в реабилитации больных после инсультов является достаточно перспективным направлением и мы будем надеяться, что новые нейротехнологии смогут улучшить нашу жизнь в лучшую сторону.

Иллюстрация: Ольга Качанова

Перевод и адаптация: Беляков Григорий

Источник: https://ai-news.ru/2020/10/ispolzovanie_nejrokomputernyh_interfejsov_v_reabilitacii_pacientov_posle.html