Новая технология «мысленного тренажера» поможет в реабилитации пациентов после инсульта
Ученые БФУ имени Иммануила Канта совместно с коллегами провели испытания новой технологии вибротактильного интерфейса мозг-компьютер (ИМК) с контуром обратной связи. С его помощью проводят так называемые «мысленные тренировки», которые помогают восстановиться людям после инсульта. Разработка ускорила процесс освоения устройства за счет сигнала, подаваемого на руку, когда мозг посылает ей команду. ИМК на основе тактильной стимуляции сделает восстановление двигательных функций у постинсультных пациентов намного быстрее и эффективнее, а их применение станет более комфортным и практичным. Статья по работе опубликована в журнале IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering.
Инсульт находится на втором месте в списке наиболее частых причин смерти — в год умирает около шести миллионов человек во всем мире. Нередко он оставляет после себя тяжелые последствия в виде двигательных, речевых и других нарушений. Вернуться к нормальной жизни могут только 8% перенесших инсульт людей, в то время как 70-80% становятся инвалидами. Из них около трети пациентов нуждаются в постоянном постороннем уходе.
Для восстановления независимости в повседневной жизни, физической, психологической и профессиональной активности очень важна реабилитация. Самыми перспективными являются подходы, основанные на технологиях интерфейсов мозг-компьютер (ИМК). Программа считывает активность определенных участков мозга даже у глубоко парализованного человека, а затем расшифровывает их как намерение к определенному действию. Поскольку тело не может нормально двигаться, за него работает либо экзоскелет, либо робот. Еще вариант — вызывать сокращение соответствующих групп мышц: при многократном повторении могут восстановиться утраченные после инсульта нервные пути. Данные методы реабилитации обеспечивают активное участие пациента и высокую интенсивность тренировок, при этом снижая нагрузку на медицинский персонал.
«Хотя разработки ИМК находятся на довольно высоком уровне, у них есть ряд недостатков. Так, команда для интерфейса формируется несколько минут, но и этому пациент будет очень долго учиться. Кроме того, всегда нужен оператор для подготовки и контроля процедуры. Также управление ИМК требует от человека усилий, сопоставимых с поднятием очень тяжелого груза, но результат оказывается не столь значительным. Наша разработка не имеет этих недостатков и, как мы надеемся, поможет облегчить постинсультную реабилитацию и позволит преодолеть ограничения существующих ИМК по скорости и точности», — рассказывает Наталья Шушарина, руководитель научной группы по разработке технологий человек-машинного взаимодействия, заместитель директора Института живых систем Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта.
Сотрудники Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) совместно с коллегами из Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского (Нижний Новгород) и Университета Иннополис (Иннополис) продемонстрировали новую технологию вибротактильного интерфейса мозг-компьютер, которая включает обратную связь посредством многоканальной стимуляции кожи. Для этого использовалась специальная конструкция, которая прикреплялась к телу, благодаря чему испытуемый получал вибросигнал.
Эксперимент состоял из четырех этапов, в котором приняли участие десять здоровых добровольцев. Сначала проходило общее обучение; затем, на втором этапе, испытуемые тренировались на ИМК с визуальной стимуляцией: им необходимо было выполнить одну из трех команд на экране — сжать правый или левый кулак, сосредоточиться на своем дыхании, то есть «отдохнуть». Третье занятие было контрольным: выполнялась команда «отдых», не смотря на иные сигналы тренажера к действию. Финальный этап тренировки проводился с использованием ИМК на основе тактильной стимуляции при правильном выполнении команды с экрана. Для оценки эффективности процедуры авторы сверяли активность мозга после тренировок с использованием вибротактильного ИМК и без него, а также измеряли данные во время сессии.
«Результаты исследования показали, что применение тренажерного устройства с вибростимуляцией увеличивает активность отдела головного мозга, отвечающего за опорно-двигательный аппарат. За счет такого воздействия восстановление нервных путей должно происходить эффективнее. В дальнейшем мы планируем изучить влияние тренировки с новой технологией на моторные и сенсорные функции пожилых людей и пациентов после инсульта», — добавила Наталья Шушарина.