Управ­ля­е­мый си­лой мысли эк­зоске­лет по­мо­жет по­сле ин­суль­та

Izvestia Moscow Edition - - Первая Страница - Алек­сандр Ко­лес­ни­ков

Уче­ные Рос­сий­ско­го на­ци­о­наль­но­го ис­сле­до­ва­тель­ско­го ме­ди­цин­ско­го уни­вер­си­те­та (РНИМУ) им. Н.И. Пи­ро­го­ва при­сту­пи­ли к со­зда­нию устройств для ре­а­би­ли­та­ции пост­ин­сульт­ных боль­ных. Речь идет о спе­ци­аль­ных тре­на­же­рах по ак­ти­ва­ции пла­стич­но­сти моз­га, в со­став ко­то­рых вхо­дит ро­бо­ти­зи­ро­ван­ный эк­зоске­лет, управ­ля­е­мый че­рез ин­тер­фейс «мозг-ком­пью­тер».

С по­мо­щью со­зда­ва­е­мо­го ин­тер­фей­са «мозг-ком­пью­тер» (ИМК) уче­ные на­де­ют­ся управ­лять внеш­ним устрой­ством на ос­но­ве пре­об­ра­зо­ва­ния сиг­на­лов моз­га па­ци­ен­та без ис­поль­зо­ва­ния мы­шеч­ных уси­лий. В це­лом это на­прав­ле­ние на­ча­ло ак­тив­но раз­ви­вать­ся по­сле Вто­рой ми­ро­вой вой­ны. По сло­вам спе­ци­а­ли­стов, еще в се­ре­дине 1950-х го­дов со­вет­ские уче­ные Вик­тор Гур­фин­кель и Арон Коб­рин­ский неза­ви­си­мо друг от дру­га пер­вы­ми сде­ла­ли эк­зо­про­тез­ные устрой­ства.

— При­мер­но у 80% лю­дей, по­стра­дав­ших от ин­суль­та (еже­год­но 400 тыс. но­вых слу­ча­ев сре­ди граж­дан Рос­сии), на­ру­ша­ют­ся дви­га­тель­ные функ­ции, и толь­ко при­мер­но у 20% из них про­ис­хо­дит хо­тя бы их ча­стич- ное вос­ста­нов­ле­ние в несколь­ко по­сле­ду­ю­щих ме­ся­цев. Око­ло 50% оста­ют­ся ин­ва­ли­да­ми, не спо­соб­ны­ми к са­мо­сто­я­тель­ной жиз­ни, — рас­ска­зы­ва­ет ру­ко­во­ди­тель от­де­ла ней­ро­ком­пью­тер­ных ин­тер­фей­сов РНИМУ, про­фес­сор Алек­сандр Фролов. — У че­ло­ве­ка утра­чи­ва­ет­ся спо­соб­ность управ­ле­ния мыш­ца­ми. Тем не ме­нее, ес­ли тре­ни­ро­вать по­ра­жен­ную ру­ку, в моз­гу про­ис­хо­дят пла­сти­че­ские пе­ре­строй­ки, ко­то­рые поз­во­ля­ют вос­ста­но­вить спо­соб­ность управ­ле- ния. Боль­шин­ство со­вре­мен­ных ре­а­би­ли­та­ци­он­ных про­це­дур на­прав­ле­но на ин­тен­си­фи­ка­цию тре­ни­ров­ки та­ких ко­неч­но­стей. Но все су­ще­ству­ю­щие методы ней­ро­ре­а­би­ли­та­ции тре­бу­ют, что­бы у ко­неч­но­сти оста­ва­лась хо­тя бы ми­ни­маль­ная дви­га­тель­ная ак­тив­ность. В слу­чае пол­но­го от­сут­ствия спо­соб­но­сти к дви­же­нию един­ствен­ным спо­со­бом ак­ти­ва­ции пла­сти­че­ской пе­ре­строй­ки моз­га яв­ля­ет­ся ис­поль­зо­ва­ние ИМК.

В рам­ках это­го про­ек­та уче­ные раз­ви­ва­ют два на­прав­ле­ния ис­сле­до­ва­ний: раз­ра­бот­ка ней­ро­тре­на­же­ров без хи­рур­ги­че­ско­го вме­ша­тель­ства и с вжив­ле­ни­ем дат­чи­ков. Вто­рой ва­ри­ант («ин­ва­зив­ный ИМК») под­ра­зу­ме­ва­ет, что сиг­на­лы элек­три­че­ской ак­тив­но­сти моз­га по­сту­па­ют в управ­ля­ю­щий ком­пью­тер непо­сред­ствен­но с им­план­ти­ро­ван­ных электродов. В неин­ва­зив­ном ва­ри­ан­те сиг­на­лы счи­ты­ва­ют­ся с по­мо­щью элек­тро­эн­це­фа­ло­гра­фии (элек­три­че­ская ак­тив­ность; па­ци­ен­ту на­де­ва­ют спе­ци­аль­ную ша­поч­ку), ближ­ней ин­фра­крас­ной спек­тро­ско­пии (ге­мо­ди­на­ми­че­ская ак­тив­ность) или дру­гих ме­то­дов.

— Им­плант по­тен­ци­аль­но спо­со­бен обес­пе­чить бо­лее быст­рое и ка­че­ствен­ное управ­ле­ние, ра­бо­ту с бо­лее слож­ны­ми внеш­ни­ми устрой­ства­ми по срав­не­нию с неин­ва­зив­ным спо­со­бом. По­это­му од­ним из на­прав­ле­ний про­ек­та яв­ля­ет­ся от­ра­бот­ка на обе­зья­нах раз­ных ас­пек­тов со­зда­ния ин­ва­зив­ных ИМК. Со­зда­ет­ся ма­кет ма­ло­га­ба­рит­но­го ав­то­ном­но­го мо­ду­ля, мон­ти­ру­е­мо­го на че­ре­пе обе­зья­ны, ко­то­рый бу­дет осу­ществ­лять пред­ва­ри­тель­ную об­ра­бот­ку сиг­на­лов, по­лу­ча­е­мых от мно­го­ка­наль­ных им­план­ти­ро­ван­ных электродов, и пе­ре­да­чу ин­фор­ма­ции внеш­ней си­сте­ме по ра­дио­ка­на­лу. По окон­ча­нии ра­бо­ты бу­дет со­здан бес­про­вод­ный ин­ва­зив­ный ИМК, с по­мо­щью ко­то­ро­го обе­зья­на смо­жет управ­лять вир­ту­аль­ной ре­аль­но­стью на ком­пью­те­ре или ма­ни­пу­ля­то­ром. В слу­чае успе­ха про­ек­та на этих прин­ци­пах бу­дет раз­ра­ба­ты­вать­ся ми­ни­а­тюр­ный мо­дуль для им­план­та­ции че­ло­ве­ку, ко- то­рый поз­во­лит со­зда­вать ин­ва­зив­ные ИМК для управ­ле­ния мно­го­звен­ны­ми про­те­за­ми или дру­ги­ми тех­ни­че­ски­ми устрой­ства­ми, — по­яс­нил на­уч­ный со­труд­ник Ла­бо­ра­то­рии ма­те­ма­ти­че­ской ней­ро­био­ло­гии обу­че­ния Ин­сти­ту­та выс­шей нерв­ной де­я­тель­но­сти и ней­ро­фи­зио­ло­гии РАН Ва­дим Ро­щин.

Од­но­вре­мен­но раз­ра­ба­ты­ва­ет­ся мик­ро­мо­дуль для вжив­ле­ния в го­ло­ву, его ра­дио­ка­нал ра­бо­та­ет на той же ча­сто­те (2,4 ГГц), что WiFi или Bluetooth, но с бо­лее про­стым про­то­ко­лом — дан­ные бу­дут пе­ре­да­вать­ся на про­те­зы, то есть мож­но бу­дет обой­тись без проводов к ру­кам.

Ны­неш­ний про­ект по раз­ра­бот­ке ИМК был на­чат в 2013 го­ду, по­ми­мо РНИМУ в нем участ­ву­ют со­труд­ни­ки Ин­сти­ту­та выс­шей нерв­ной де­я­тель­но­сти и ней­ро­фи­зио­ло­гии, био­ло­ги­че­ско­го фа­куль­те­та МГУ, Ин­сти­ту­та ме­ди­ко-био­ло­ги­че­ских про­блем РАН. Раз­лич­ные на­прав­ле­ния ра­бо­ты под­дер­жа­ны гран­та­ми Рос­сий­ско­го на­уч­но­го фон­да, Рос­сий­ско­го фон­да фун­да­мен­таль­ных ис­сле­до­ва­ний, Ми­ни­стер­ством здра­во­охра­не­ния и Фе­де­раль­ной це­ле­вой про­грам­мой «Ис­сле­до­ва­ния и раз­ра­бот­ки по при­о­ри­тет­ным на­прав­ле­ни­ям раз­ви­тия на­уч­но-тех­но­ло­ги­че­ско­го ком­плек­са Рос­сии на 2014–2020 го­ды». Об­щий объ­ем фи­нан­си­ро­ва­ния этой ФЦП со­став­ля­ет бо­лее 239 млрд руб­лей, из них бо­лее 128 млрд пой­дет на при­клад­ные на­уч­ные ис­сле­до­ва­ния и экс­пе­ри­мен­таль­ные раз­ра­бот­ки граж­дан­ско­го назначения. На пер­вый этап ра­бо­ты с обе­зья­на­ми, на­при­мер, по­тра­тят 2,8 млн руб­лей.

В Ин­сти­ту­те ме­ди­ко-био­ло­ги­че­ских про­блем сей­час трех обе­зьян обу­ча­ют управ­ле­нию вир­ту­аль­ны­ми объ­ек­та­ми на экране ком­пью­те­ра с по­мо­щью джой­сти­ка.

— По­ка обу­че­ны толь­ко две обе­зья­ны, на них и бу­дем от­ра­ба­ты­вать наш ИМК, — го­во­рит Ва­дим Ро­щин. — Для обу­че­ния обе­зьяне пред­ла­га­ет­ся ком­пью­тер­ная иг­ра, в ко­то­рой она долж­на по­пасть в слу­чай­но по­яв­ля­ю­щу­ю­ся цель ша­ри­ком, по­ло­же­ние ко­то­ро­го управ­ля­ет­ся с по­мо­щью джой­сти­ка. При по­па­да­нии обе­зья­на по­ощ­ря­ет­ся пор­ци­ей вкус­но­го со­ка. Обе­зья­ны бы­ва­ют спо­соб­ные и не очень, как и лю­ди. Ес­ли они успеш­но обу­ча­ют­ся, че­рез неко­то­рое вре­мя они с удо­воль­стви­ем управ­ля­ют кур­со­ром. Поз­же им бу­дут вжив­ле­ны электроды, и управ­ле­ние бу­дет пе­ре­во­дить­ся на ИМК. Для вжив­ле­ния электродов мы ис­поль­зу­ем ща­дя­щую тех­но­ло­гию им­план­та­ции че­рез мик­ро­от­вер­стие в че­реп­ной кости — ком­форт­ную и прак­ти­че­ски без­вред­ную для жи­вот­но­го. На пер­вом эта­пе осво­е­ния ИМК, ко­гда управ­ле­ние кур­со­ром уже про­из­во­дит­ся за счет де­ко­ди­ро­ва­ния сиг­на­лов моз­га, от­клю­чен­ный джой­стик бу­дет остав­лен обе­зьяне, что­бы не ме­нять при­выч­ной об­ста­нов­ки.

В РНИМУ от­ме­ча­ют, что за­ру­беж­ные ис­сле­до­ва­те­ли, на­чав ак­тив­ные ра­бо­ты с 1990-х го­дов, до­стиг­ли зна­чи­тель­ных успе­хов в раз­ви­тии ин­ва­зив­ных ИМК и уже есть по­ло­жи­тель­ный опыт им­план­та­ции та­ко­го устрой­ства па­ци­ен­там с пол­ным па­ра- ли­чом. Со­об­ща­лось, что ис­сле­до­ва­те­ли так­же раз­ра­ба­ты­ва­ли бес­про­вод­ные ин­тер­фей­сы. С 2008 го­да стар­то­вал меж­ду­на­род­ный про­ект BrainGate2, в ко­то­ром участ­ву­ют спе­ци­а­ли­сты ко­ман­ды Джо­на До­на­хью из Уни­вер­си­те­та Бра­у­на (США), гос­пи­та­ля Мас­са­чу­сет­са, Гар­вард­ской ме­ди­цин­ской шко­лы и немец­ко­го аэро­кос­ми­че­ско­го цен­тра DLR. Од­на­ко это еди­нич­ные слу­чаи, и до ши­ро­ко­го кли­ни­че­ско­го ис­поль­зо­ва­ния ин­ва­зив­ных ИМК по­ка да­ле­ко. К то­му же для ис­поль­зо­ва­ния ин­ва­зив­но­го ИМК необ­хо­ди­ма опе­ра­ция по вжив­ле­нию электродов в мозг, и оче­вид­но, что по­доб­ные опе­ра­ции бу­дут де­лать па­ци­ен­там толь­ко в очень тя­же­лых слу­ча­ях.

Мо­ду­ли, ко­то­рые не тре­бу­ют хи­рур­ги­че­ской уста­нов­ки, име­ют огра­ни­че­ния по ин­фор­ма­ци­он­ной ем­ко­сти, но без­опас­ны и мо­гут ис­поль­зо­вать­ся лю­бым че­ло­ве­ком, го­во­рит Алек­сандр Фролов. Та­кие си­сте­мы в Рос­сии то­же уже су­ще­ству­ют, но они по­ка про­вод­ные.

— Се­го­дня на­ми со­зда­ны эк­зоске­лет­ные кон­струк­ции для тре­ни­ров­ки верх­них ко­неч­но­стей па­ци­ен­тов по­сле ин­суль­та или трав­мы. Ме­ди­цин­ские ис­сле­до­ва­ния эф­фек­тив­но­сти тре­на­же­ров, где дви­же­ни­я­ми эк­зоске­ле­та че­ло­век управ­ля­ет че­рез ИМК на ос­но­ве элек­тро­эн­це­фа­ло­грам­мы, про­во­дят­ся в На­уч­ном цен­тре нев­ро­ло­гии и Мос­ков­ском об­ласт­ном на­уч­но-ис­сле­до­ва­тель­ском кли­ни­че­ском ин­сти­ту­те им. М.Ф. Вла­ди­мир­ско­го, — по­яс­ня­ет он. — Каж­дый вклю­чен­ный в ис­сле­до­ва­ние боль­ной про­хо­дит 10 тре­ни­ро­вок на тре­на­же­ре. В хо­де каж­дой тре­ни­ров­ки че­ло­век си- дит пе­ред мо­ни­то­ром ком­пью­те­ра, на ко­то­ром ему да­ет­ся инструкция во­об­ра­зить дви­же­ние ру­кой. Ко­гда ком­пью­тер по­лу­ча­ет сиг­нал от моз­га, на во­об­ра­же­ние дви­же­ния сра­ба­ты­ва­ет эк­зоске­лет.

Уче­ные РНИМУ на­де­ют­ся, что в бу­ду­щем та­кие тре­на­же­ры бу­дут до­ступ­ны для па­ци­ен­тов во мно­гих ре­а­би­ли­та­ци­он­ных цен­трах стра­ны. По их сло­вам, в Япо­нии обыч­ные эк­зоске­ле­ты (без ней­ро­свя­зи) па­ци­ен­ты мо­гут брать в арен­ду и тре­ни­ро­вать­ся до­ма.

По сло­вам ру­ко­во­ди­те­ля ла­бо­ра­то­рии ней­ро­пси­хо­ло­гии и ней­ро­ком­пью­тер­ных ин­тер­фей­сов про­фес­со­ра МГУ Алек­сандра Ка­пла­на, за­ру­беж­ные уче­ные да­ле­ко про­дви­ну­лись в ин­ва­зив­ных ме­то­дах:

— То есть свер­лят ды­роч­ки в го­ло­ве. А у нас по­ка та­ких тех­но­ло­гий нет. Не по­то­му что мы не мо­жем их осво­ить, у нас про­сто нет ба­зы для это­го. Хи­рур­ги не го­то­вы, за­ко­но­да­тель­ство не го­то­во. У нас рас­про­стра­не­ние по­лу­чил бо­лее де­мо­кра­тич­ный неин­ва­зив­ный под­ход. Он рас­счи­тан на то, что эти си­сте­мы и тех­но­ло­гии лег­ко про­из­во­дят­ся, лег­ко сни­ма­ют­ся и оде­ва­ют­ся. Та­кие устрой­ства рас­счи­та­ны для каж­до­го. Хо­тя раз­ра­бот­чи­ков у нас немно­го, они все­гда бы­ли силь­но под­го­тов­ле­ны тео­ре­ти­че­ски, посколь­ку раз­ви­ва­ли ди­а­гно­сти­че­ские си­сте­мы и ком­плек­сы на ос­но­ве ре­ги­стра­ции элек­три­че­ских сиг­на­лов моз­га. По­это­му они лег­ко пе­ре­шли на ней­ро­ком­пью­тер­ные ин­тер­фей­сы. Та­кие устрой­ства долж­ны быть до­ступ­ны­ми по цене, а так­же лег­ки­ми в ис­поль­зо­ва­нии, в том чис­ле в до­маш­них усло­ви­ях.

Тре­на­же­ры вновь на­учат мозг управ­лять мыш­ца­ми

Искус­ствен­ные ко­неч­но­сти да­ют воз­мож­ность вос­ста­но­вить ра­бо­то­спо­соб­ность соб­ствен­ных рук и ног

Newspapers in Russian

Newspapers from Russia

© PressReader. All rights reserved.