Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Своя работа» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Партнер номинации — Российский научный фонд.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — : крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»
Более 5 миллионов человек в мире страдают от разной формы параличей, основные причины которых — инсульт (34%) и повреждение спинного мозга (24%).
Инсульт в настоящее время является одной из основных причин инвалидизации населения. В России ежегодно регистрируется более 450 000 инсультов, и инвалидами становятся 70–80% выживших после инсульта, причём примерно 20–30% из них нуждаются в постоянном постороннем уходе.
За последние 70 лет количество больных с травмой спинного мозга возросло в 200 раз, и в России подобные повреждения ежегодно получают более 8 000 человек. Чаще всего это приводит к неспособности больного самостоятельно передвигаться и обеспечивать свои основные потребности. В результате использования инвалидной коляски уменьшается физическая активность, что провоцирует развитие ряда заболеваний: болезни сердца, остеопороз, пролежни. Поэтому идет активный поиск альтернативных методов восстановления способности двигаться. Одной из самых новых разработок в этом направлении является нейроинтерфейс.
Нейроинтерфейс (он же интерфейс «мозг-компьютер», ИМК) — система, позволяющая передавать сигналы мозга напрямую на внешнее устройство (это может быть инвалидная коляска, экзоскелет, компьютер и др.), фактически управлять «силой мысли» (рис. 1).
В «Биомолекуле» можно более подробно прочитать про историю развития нейрокомпьютерных технологий, а также про современный проект Neuralink Илона Маска [1], [2].
Рисунок 1. Схема работы ИМК.
адаптировано по материалам сайта Tritriwulansari
Методы регистрации сигналов мозга
Первое звено в схеме работы ИМК — это получение сигнала от мозга. Для этого используют следующие методы:
- электроэнцефалография (ЭЭГ), регистрирующая электрические сигналы мозга;
- магнитоэнцефалография (МЭГ), регистрирующая магнитные поля, возникающие вследствие электрической активности мозга;
- спектрометрия ближнего инфракрасного диапазона (БИКС), измеряющая насыщенность крови гемоглобином (чем активнее группа нейронов, тем больше она использует кислорода, переносимого оксигемоглобином);
- функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), основанная на измерении притока крови к разным областям мозга (чем активнее группа нейронов, тем бóльший приток крови к ней).
Сейчас в ИМК для получения информации об электрической активности мозга наиболее часто применяют ЭЭГ, так как она имеет высокое временное разрешение (электроды позволяют считывать немедленную активность отдельных участков мозга), относительно дешева, портативна и не представляет риска для пользователей. ИМК, основанные на ЭЭГ, состоят из набора сенсоров, улавливающих ЭЭГ-сигналы от различных областей мозга. Однако качество сигналов ЭЭГ ухудшается из-за того, что сигнал проходит через скальп, череп, а также множество других слоев, что создает шум.
Для уменьшения шума и улучшения качества записи прибегают к инвазивным способам — имплантированию внутрь черепа набора микроэлектродов [3]. Это подразумевает значительный риск для здоровья, из-за чего их редко задействуют в экспериментальной практике. В исследованиях ИМК существуют два инвазивных подхода: электрокортикография (ЭКоГ), при которой электроды располагаются на поверхности коры головного мозга, и интракортикальная запись нейронной активности — когда датчики имплантируют в кору (рис. 2). Такие решения в настоящее время применяют крайне редко, только в исключительных случаях: либо когда пациенту и так предстоит операция на мозге, либо когда это единственный шанс на возвращение возможности взаимодействовать с окружающим миром.
Рисунок 2. Схема расположения электродов для ЭЭГ, ЭКоГ и интракортикальных микроэлектродов.
адаптировано из [3]
Неинвазивная стимуляция смогла навредить опухоли мозга
Santarnecchi et al. / Science, 2019
Один сеанс транскраниальной электростимуляции мозга снизил интенсивность кровообращения в опухоли головного мозга на треть. По мнению ученых, ухудшение кровообращения должно лишить раковые клетки кислорода и ТЭС таким образом препятствует росту опухоли или может даже уменьшить ее. Исследование опубликовано в Science Advances
.
Транскраниальная электростимуляция (ТЭС) — это неинвазивный метод, при котором слабый, неощутимый пациенту постоянный ток воздействует на мозг. Ранее уже были испытания воздействия током на разные опухоли человека и мышей, и они показали хорошие результаты: после воздействия током раковые образования получали меньше кислорода, а испытание на мышах даже привело к частичному некрозу злокачественного образования. Но во всех этих экспериментах использовались электроды, которые помещали прямо в опухоль или в окружающие ее ткани — то есть использовались инвазивные методы.
Эмилиано Сантарнекки (Emiliano Santarnecchi) из Гарвардской медицинской школы и ученые из Университета Сиены провели похожий эксперимент, но используя ТЭС — электроды размещали просто на поверхности головы. Для участия в эксперименте ученые отобрали 18 добровольцев с глиобластомой или метастазами в мозгу, которые появились от опухолей в других частях тела. У всех добровольцев опухоли располагались не очень глубоко, чтобы ток мог воздействовать на них. Правда, из 18 изначальных пациентов удалось провести стимуляцию электричеством только у восьми, потому что состояние остальных отобранных быстро ухудшалось и им потребовалась срочная операция.
Добровольцам пропускали через мозг слабый ток в 4 миллиампера в течение 20 минут. При этом пациенты находились в МРТ, и ученые сперва сканировали их мозг до процедуры, а затем после. Результаты показали, что в случае с глиобластомой кровоток через опухоль уменьшился на 26 процентов, а у пациентов с метастазами — на 45 процентов. В здоровых тканях мозга при этом никаких изменений не произошло. После процедуры испытуемые сообщили, что их самочувствие никак не изменилось, только некоторые чувствовали легкое покалывание, которое бывает после ТЭС.
Точно сказать, почему электростимуляция снижает кровоток в опухолях, нельзя. Как пишут авторы статьи, ток вызывает электролиз, из-за которого сжимаются стенки сосудов. Возможно, сосуды опухолей более восприимчивы, потому что у них есть некоторые отличия от здоровых сосудов, например отсутствие гладких мышц в стенках. Сеть сосудов в опухолях гуще, чем в здоровых тканях, поэтому ток, вероятно, проходит через них лучше, что и объясняет, почему ТЭС действует на опухоли, но не на нормальные ткани.
Ученые считают, что ТЭС можно будет применять вместе с химиотерапией, чтобы бороться с раком эффективнее, но для доказательства эффективности терапии нужны дальнейшие исследования. Другое исследование показали, что электростимуляция повышает проницаемость мембран для лекарств, так что в сочетании с химиотерапией эффект лечение должен быть выше.
Кроме уменьшения кровотока опухолей электростимуляция мозга имеет и другие полезные эффекты — например, снижает симптомы депрессии.
Максим Печорин
Сенсомоторный ритм и моторная кора
Как мы уже говорили, цель ИМК — улавливание намерения пользователя посредством регистрации его мозговой активности. При регистрации мозговой активности с помощью ЭЭГ мы получаем графическое изображение сложного колебательного электрического процесса, в котором можно выделить ряд определённых ритмов, которые отличаются между собой по амплитуде и частоте: альфа, бета, дельта, мю и другие. Сейчас нас интересует мю-ритм, так как именно на его основе работают нейроинтерфейсы, используемые в нейрореабилитации движений.
Мю-ритм, или сенсомоторный ритм (СМР), имеет частоту 8–13 Гц и регистрируется над моторной областью коры головного мозга, расположенной в задней части прецентральной извилины (рис. 3). Подавление мю-ритма происходит тогда, когда человек совершает какое-либо движение или воображает выполнение движения — это называется десинхронизацией, связанной с событием (event-related desynchronization, ERD). Это происходит потому, что нейроны, которые до этого возбуждались синхронно, приобретают индивидуальные, не похожие друг на друга паттерны возбуждения. При этом человек может тренироваться в воображении движений, и со временем подавление мю-ритма при этом становится всё более выраженным, что используют при обучении управлению ИМК.
Для моторной коры характерна топическая организация. Это значит, что каждому участку коры соответствует определённый участок тела, который она контролирует. На рисунке 3 изображен гомункулус Пенфилда, части тела которого пропорциональны зонам мозга, в которых они представлены. Как видно из рисунка, представительства верхних и нижних конечностей находятся достаточно далеко друг от друга, благодаря чему возможно раздельное распознавание нейроинтерфейсом воображения движений рук и ног.
Рисунок 3. Соматосенсорный и моторный гомункулус.
адаптировано по материалам сайта BioNinja
Обратите внимание, что представительство нижних конечностей в моторной коре значительно меньше представительства верхних. Это легко объяснимо наличием мелкой моторики рук: мозгу нужно контролировать множество отдельных мышц пальцев. У ног же, наоборот, мало мышц, которыми нужно управлять, и они более крупные. К тому же видно, что представительство нижних конечностей попадает в межполушарную щель, что затрудняет распознавание сигналов ЭЭГ, генерируемых при воображении движений разных групп мышц ног. Поэтому использование ИМК для ног вызывает определённые сложности, и большинство существующих научных работ по нейрореабилитации с помощью ИМК посвящено именно верхним конечностям, так как с их воображением проще работать. В лаборатории физиологии движений Института физиологии им. И.П. Павлова РАН, где работает автор, проводят исследования, направленные на изучение процессов реабилитации нижних конечностей, а также на возможность применения при этом чрескожной электростимуляции спинного мозга (ЧЭССМ) и специальных практик, помогающих увеличить эффективность управления ИМК [4].
Как эффективно воображать движения
Известны следующие особенности воображения движений, которые повышают его эффективность:
- Кинестетическое (с обращением внимания на ощущения от мышц и суставов) представление, а не зрительное [5];
- Представление от первого лица, а не от третьего [6];
- Воображение движений после реально осуществлённого действия [7];
- Использование обратной связи (когда человеку показывают, насколько хорошо он справляется с заданием) [8]. Высокую эффективность показала обратная связь в виде виртуальной реальности: при воображении движений ног аватар, которым управляет испытуемый, идет вперёд, а при прекращении воображения — останавливается. Задача испытуемого — идти вперёд и останавливаться в определенных точках виртуального пространства [9–12];
- Одновременный просмотр видео, в котором выполняется соответствующее движение, помогает усилить десинхронизацию мю-ритма за счет работы зеркальных нейронов [13];
- Применение медитативных практик, в частности, медитации осознанности (mindfulness meditation) [14].
Кроме того, нами было показано, что эффективность воображения движений зависит от личностных характеристик человека [15].
Для эксперимента было набрано 44 человека с ведущей правой рукой. Все они проходили тестирование по опроснику Кеттелла, который определяет 16 основных индивидуальных особенностей. Далее испытуемые управляли ИМК, основанном на воображении движений рук. Оказалось, что при воображении движений правой руки успешнее экспрессивные чувствительные экстраверты, а при воображении движений левой руки — практичные, сдержанные, скептичные и не очень общительные люди.
Мы предполагаем, что это можно объяснить разным уровнем содержания дофамина в правом и левом полушариях, а также разницей в способах кодирования информации о движениях [16]. Более подробно об этом можно прочитать в статье, опубликованной автором и коллегами в журнале «Доклады Академии наук» [15]. Знание личных психологических параметров пользователя ИМК может помочь в разработке индивидуальных тренингов и методов подготовки перед управлением нейроинтерфейсами.
Зачем же нужно воображение движений и работа с нейроинтерфейсами? Как это может помочь людям с нарушениями движений? Разберём эти вопросы на примере двух самых распространенных причин двигательных расстройств — инсульта и травмы спинного мозга.
Что такое TES
Активно исследовать влияние транскраниальной стимуляции мозга на познавательные способности человека американские и европейские ученые начали относительно недавно — и уже получили обнадеживающие результаты. Видов TES много, но общая идея такова: нейроны мозга человека в области, отвечающей за конкретные функции, активизируются небольшим внешним током без хирургического вторжения в организм.
Самые популярные разновидности такой стимуляции — помещение головы пациента в переменное магнитное поле, создаваемое специальной установкой (TMS), или расположение на голове электродов, на которые подается малый и почти незаметный постоянный ток в 1–2 мА (tDCS). И если для магнитной установки требуется место в специализированной клинике и немалые деньги на покупку, то для электростимуляции мозга малыми токами хватит нескольких электродов, соленой воды и батареи.
Ответить на вопросы о любви, пропустить электричество через мозг: 6 экспериментов, в которых можно принять участие
В США устройства транскраниальной стимуляции считаются экспериментальной технологией и не одобрены FDA (Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов), однако лабораторные результаты вызывают большой интерес и оптимизм ученых. Позитивные результаты TES показывает на людях, чьи функции мозга тем или иным образом нарушены, — больных тяжелыми депрессиями, которым не помогают лекарства, пациентах после инсульта и травм мозга, людях с наркотической и алкогольной зависимостями. В опытах на здоровых людях результат меняется в зависимости от зоны установки электродов: TES временно улучшает память, эмпатию, способность к математическим расчетам, понижает тревожность, повышает внимательность и концентрацию, а одно из последних исследований показало улучшение креативности. Но хватает и других исследований, где значимых результатов получено не было.
Журнал Wired в статье «Read this before zapping your brain» указывал на основные проблемы изучения TES: в опытах редко используются группы, получающие плацебо-терапию, так как эмулировать наличие тока довольно трудно, а группы участников слишком малы. К тому же мозг человека очень сложен и индивидуален, у правшей и левшей мозг зонируется по-разному. Мозг детей и подростков до 20 лет к тому же находится в процессе развития нейронных связей, поэтому полученные результаты нестабильны, а тема нуждается в более серьезном изучении.
Ученые не разделяют энтузиазма самоучек, смотрят на домашнее лечение с опасением и выпускают специальные заявления, чтобы остановить бесконтрольное применение TES на дому. В ответ скептики отшучиваются: «Раз уж я разгоняю свой мозг без дополнительного охлаждения, в случае перегрева он просто выключится — или сразу сгорит?»
© SebbyMeister / T&P
Механизмы нейропластичности
При инсульте происходит острое нарушение кровоснабжения головного мозга (либо в результате закупоривания сосуда тромбом — ишемический инсульт, либо в результате кровоизлияния — геморрагический). Так как вместе с кровью к нейронам перестаёт поступать всё, что необходимо им для жизнедеятельности, участки мозга, где остановилось кровообращение, отмирают. И если это зоны, отвечающие за двигательную активность — например, моторная область коры, то у больного возникает гемипарез, снижение силы мышц одной стороны тела, или гемиплегия, полный паралич половины тела.
Восстановление двигательной функции осуществляется в основном за счет механизмов нейропластичности — способности мозга изменяться под действием опыта: устанавливать новые связи между нейронами, разрушать старые и ненужные, восстанавливать утраченные после повреждения. В данных процессах принимают участие не только нейроны, но и клетки нейроглии, а также сосудистая система [17]. Также изменяется активность синапсов и их количество [18]. Для активации данных механизмов в медицине применяется двигательная реабилитация. Однако у пациентов с параличом или высокой степенью пареза осуществление реальных движений невозможно, поэтому прибегают к тренировкам с ИМК, основанном на воображении движений. При представлении движений активируются те же зоны мозга, которые также участвуют в подготовке реального действия и в его совершении, вследствие чего такая нейрореабилитация становится реальной [19].
Благодаря таким реабилитационным тренировкам происходит перестройка нейронов вокруг повреждённой области: увеличивается объём серого вещества в двигательной зоне мозга, а соседние участки берут на себя утраченные функции [20]. Двигательные области неповреждённого полушария также участвуют в этом процессе.
Эффективность этих занятий может быть повышена за счёт использования биологической обратной связи — зрительной или тактильной — когда пациент видит на экране монитора, насколько хорошо он справляется с заданием (воображением движения конечности), или когда он чувствует вибрацию от специального прибора при успешном выполнении задачи.
Также существуют системы, дающие двигательную обратную связь: например, когда человек воображает движение правой ноги, приводя её в движение специальным механизмом. По такому принципу работает система «Биокин» (ООО «Косима»), разработанная под руководством Герасименко Ю.П. (Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН) (рис. 4) [21]. Она включает в себя обратную связь, функциональную электростимуляцию (ФЭС) и чрескожную электростимуляцию спинного мозга (ЧЭССМ), что делает её высокоэффективным инструментом в области нейрореабилитации нижних конечностей [22].
Рисунок 4. Биокин. Комплекс для нейрореабилитации нижних конечностей, основанный на применении ИМК с обратной связью, ФЭС (функциональной электростимуляции) и ЧЭССМ (чрескожной электростимуляции спинного мозга).
сайт «Биокин»
Такие системы позволяют замкнуть сенсомоторную петлю: от посылаемого мозгом эфферентного (исходящего) сигнала двигательной активности к афферентному (приходящему) сигналу о сенсорной обратной связи (рис. 5) [23].
Рисунок 5. Нейропластичность, вызываемая использованием ИМК, основанном на воображении движений. При повреждении моторных областей коры реальное движение становится невыполнимым, поэтому для активации процессов нейропластичности остаётся только возможность воображения движений. Использование ИМК со зрительной и тактильной обратной связью обеспечивает усиление этих процессов.
адаптировано из [23]
Данный механизм реабилитации может объяснить концепция пластичности Хебба: при одновременной активации двух связанных друг с другом нейронов усиливается их синаптическое взаимодействие, что приводит к более надёжному контакту между ними (рис. 6). Если предположить, что передача сигнала от моторной коры головного мозга к мышцам конечностей была нарушена из-за инсульта или травмы, то одновременная активация сенсорной и моторной коры может усиливать ранее неактивные контакты между нейронами за счет пластичности и таким образом вести к восстановлению двигательной функции конечностей [24].
Рисунок 6. Механизм пластичности Хебба. Усиление синаптического взаимодействия между двумя нейронами происходит из-за повторяющейся стимуляции постсинаптической клетки пресинаптической клеткой.
адаптировано из «»
Рисунок 7. Образование новый нейронных связей в области повреждения спинного мозга (ПСМ).
адаптировано из [25]
При восстановлении двигательной функции после травмы спинного мозга задействованы те же механизмы нейропластичности. При таком повреждении часть нервных волокон, в том числе двигательных, оказывается прервана, что вызывает паралич конечностей, а часть сохраняет свою целостность. Благодаря этому при проведении нейрореабилитации существует возможность активации процессов нейропластичности: неповреждённые волокна образуют синаптические связи с двигательными нейронами (мотонейронами), которые, в свою очередь, передают сигнал мышцам (рис. 7) [25].
Для увеличения эффективности нейрореабилитации при помощи ИМК часто дополнительно используют функциональную электростимуляцию мышц (ФЭС). Она обеспечивает сокращение мышцы в тот момент, когда пользователь воображает движение с участием этой мышцы (рис. 
[26]. Это приводит к усилению нейропластичности по механизму Хебба: происходит одновременная активация моторных областей головного мозга, передающих сигнал мотонейронам спинного мозга, и чувствительных нейронов, активируемых сокращающейся под влиянием ФЭС мышцей, что замыкает сенсомоторную петлю.
Рисунок 8. Система ИМК-ФЭС. При воображении движений сигнал из моторной коры обрабатывается компьютером (ПК) и передаётся к прибору функциональной электростимуляции (ФЭС), который вызывает сокращение соответствующей мышцы. Далее сигнал от мышцы передается в сенсорную кору, обеспечивая обратную связь.
адаптировано из [26]
1.Электромагнитная стимуляция
В современной терапии нейропатологий и нарушений моторики электромагнитная стимуляция
находит широкое применение. В ряде клинических ситуаций этот метод не имеет равных по эффективности и безопасности. Статистически подтверждена обоснованность и результативность такого рода функциональной нейрохирургии. Суть методики заключается в постоянном или систематическом воздействии на нервные центры электромагнитных импульсов определённой частоты и амплитуды. Доказана эффективность такого воздействия, прежде всего, при паркинсонизме, дистонии, неконтролируемых спазмах и иных нарушениях мышечного тонуса.
Встречаются разные формы функциональной патологии мышц
: дистония, неконтролируемые движения, нарушения координации, тремор, утрата способности ходить и выполнять точные движения. В каждом конкретном случае диагностика направлена на возможно более точное определение зоны мозга, которая вызывает проявление дисфункции. Для этого тщательно изучается электроэнцефалограмма больного, что даёт представлении о необходимом месте расположения электрода (локализации и глубине).
Обязательно для ознакомления! Помощь в лечении и госпитализации!
Электростимуляция спинного мозга
В последние годы большую эффективность в нейрореабилитации после повреждения спинного мозга показала его электростимуляция (ЭССМ). Спинной мозг имеет два утолщения: в области шеи и поясницы, что соответствует месту выхода из них корешков двигательных нейронов верхних и нижних конечностей. В поясничном утолщении спинного мозга находятся специализированные нейронные сети, обеспечивающие автоматический процесс шагания (генераторы шагательных движений, ГШД). Иными словами, если наложить на твердую оболочку спинного мозга в месте поясничного утолщения электроды, подающие ток определенной амплитуды и частоты, можно вызвать непроизвольные шагательные движения даже у людей с параличом нижних конечностей [27]. Однако такой способ требует хирургического вмешательства, так что существует риск развития послеоперационных осложнений.
В настоящее время наиболее безопасной и безболезненной считается чрескожная электростимуляция спинного мозга (ЧЭССМ). На видео 1 (Edgerton Lab, University of California) можно видеть, как вызываются непроизвольные шагательные движения ног при облегченном положении больного, с подвешенными на рамах-качелях ногами [28].
Видео 1. Непроизвольная ходьба при чрескожной электростимуляции спинного мозга.
Edgerton Lab, University of California
При использовании ЧЭССМ появляется вопрос правильного расположения стимулирующих электродов. Если при установке инвазивных электродов во время операции хорошо различимы сегменты и корешки спинного мозга, то при установке накожных электродов могут возникнуть затруднения с нахождением нужного участка. Данную задачу решают с помощью подачи одиночных импульсов на электрод и регистрации рефлекторных мышечных ответов — ведь каждому сегменту спинного мозга соответствуют строго определённые группы мышц.
Также существует проблема недостаточной амплитуды посылаемых импульсов — из-за дегенеративных процессов при повреждении спинного мозга требуется большая амплитуда стимуляции для получения нужного ответа. Однако это чревато получением ожогов. В нашей лаборатории было создано оптимальное устройство для неинвазивной электрической стимуляции спинного мозга [29].
Кроме того, была разработана система, детектирующая фазы шагательного цикла в онлайн-режиме и стимулирующая спинной мозг согласно этим фазам [30]. Во время ходьбы в разные моменты напрягаются разные мышцы, и под определёнными углами сгибаются суставы, что можно регистрировать специальными приборами — акселерометрами и гироскопами. Обе ноги движутся скоординировано, и на основании положения одной ноги можно предсказать положение другой. Принцип работы системы следующий: пациенту с гемипарезом на здоровую ногу накладываются датчики движения, которые передают сигнал к прибору для ЧЭССМ. Он, в свою очередь, стимулирует в определённые моменты времени группы мотонейронов спинного мозга, отвечающих за движение мышц-сгибателей и разгибателей ноги, что способствует нормализации ходьбы и восстановлению движения пораженной конечности.
Успехи современной нейрореабилитации
Самым масштабным исследованием в области нейрореабилитации с использованием ИМК, основанного на воображении движений, является работа Donati с соавторами, опубликованная в Nature в 2021 году [31]. В этом исследовании приняли участие восемь человек с параличом нижних конечностей, вызванным повреждением спинного мозга. Для них была разработана специальная система реабилитации, включающая в себя шесть этапов с увеличивающейся сложностью, и с каждым пациентом было проведено около 255 (!) сессий в течение года.
Первый этап включал в себя глубокое погружение в среду виртуальной реальности, во время которого испытуемый управлял перемещением своего аватара (компьютерного персонажа), воображая движение нижних конечностей в положении сидя. Затем пациент делал то же самое, только в положении стоя, с опорой на специальный стол. Во время третьего этапа проходили тренировки на беговой дорожке: испытуемый ходил с использованием прибора, поддерживающего вес тела (Lokomat). На четвёртом этапе осуществлялось движение ног уже в воздухе, а не по беговой дорожке. На пятом этапе пациент тренировался на беговой дорожке с помощью роботизированной системы, поддерживающей конечности и контролируемой ИМК. И на заключительной стадии испытуемый ходил в экзоскелете, управляемом ИМК: экзоскелет делал шаг, когда человек представлял себе движение соответствующей ноги. Во время всех тренингов испытуемые получали тактильную обратную связь — вибрацию, которая подавалась на предплечье, когда виртуальная или роботизированная нога с той же стороны касалась земли. Схему эксперимента вы можете увидеть на рисунке 9, а сам процесс реабилитации — на видео 2.
Рисунок 9. Схема эксперимента, включающая в себя шесть этапов: 1 — ИМК + виртуальная реальность (ВР) в положении сидя; 2 — ИМК + ВР в положении стоя; 3 — ходьба по беговой дорожке с поддержанием веса тела; 4 — движение ног в воздухе; 5 — ходьба по беговой дорожке с помощью роботизированной системы, контролируемой ИМК; 6 — ходьба в экзоскелете, управляемом ИМК. Обозначения: ЭЭГ — электроэнцефалография; ЭМГ — электромиография, регистрирующая активность мышц; Такт. — тактильная обратная связь.
[31]
Видео 2. Процесс проведения эксперимента.
[31]
Через 12 месяцев тренировок по этой системе у всех восьми пациентов повысились показатели по тактильным ощущениям, а также восстановился свободный контроль ключевых мышц нижних конечностей. В результате был виден заметный прогресс в их способности ходить. Многие пациенты смогли ходить при помощи вспомогательных приборов. Кроме этого, у всех пациентов было отмечено значительное повышение эмоциональной стабильности и оценки качества жизни, а также снизился уровень депрессивности и увеличилась самооценка. Улучшились состояние кожи и функция пищеварительной системы, что связано, по-видимому, с нормализацией активности симпатической и парасимпатической систем. Дело в том, что вдоль позвоночника расположены узлы вегетативной нервной системы, которая регулирует работу внутренних органов. Они повреждаются при травмировании спинного мозга, что вызывает нарушение деятельности пищеварительной системы, которая в свою очередь влияет на состояние кожи посредством выделения сигнальных молекул, в том числе и провоспалительных [32], [33].
Неврологическое восстановление было связано с механизмами пластичности как на уровне спинного мозга, так и на уровне сенсомоторной коры. Кортикальная и спинномозговая пластичность изменяет нейронные связи в сохранившейся области спинного мозга при помощи моторных и сенсорных связей (рис. 10).
Рисунок 10. Пластичность спинного мозга (СМ) и коры головного мозга, осуществляющаяся с помощью моторных (красных) и сенсорных (синих) связей.
адаптировано из [31]
Показания к ТЭС терапии головного мозга
- необходимость купирования спондилогенных болей, головных, посттравматических, послеоперационных, болевого синдрома при патологии внутренних органов, фибромиалгии, деформирующего артроза, неврита, невралгии, т.е. болевых синдромов различной этиологии;
- если необходимо нормализовать психосоматический статус – лечение психической, неврологической патологии, хронической усталости или реактивной тревоги, депрессии, при постстрессовой реабилитации, для повышения трудоспособности, в том числе у здоровых;
- при гипертонии, гипотонии, нейроциркуляторной дистонии, для обезболивания, улучшения гемодинамики и скорейшего заживления тканей, поврежденных при остром, но не осложненном инфаркте миокарда;
- сенсоневральная тугоухость, при вазомоторном и аллергическом рините, рецидивирующих носовых кровотечениях, для стимуляции послеоперационного заживления и других ЛОР-патологиях;
- для лечения гепатита, язвы двенадцатиперстной кишки и желудка, гастрите, дуодените, токсических гепатозах, алкогольном синдроме, ГЭРБ, синдроме раздраженной кишки и других патологиях ЖКТ;
- при лечении наркозависимых для купирования абстинентного синдрома, устранения влечения к наркотикам и алкоголю, постастинентных аффективных нарушений;
- в акушерстве и гинекологии – токсикоза первой половины беременности, лечение предменструального синдрома, для стимуляции овуляции, для обезболивания родов;
- лечение офтальмологических, дерматологических, эндокринных, урологических заболеваний;
- при лечении ожогов;
- в спортивной медицине.
