ИНТЕРФЕЙС МОЗГ-КОМПЬЮТЕР В СОЧЕТАНИИ С ТЕХНОЛОГИЕЙ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ В РЕАБИЛИТАЦИИ ПОСЛЕ ИНСУЛЬТА

ИНТЕРФЕЙС МОЗГ-КОМПЬЮТЕР В СОЧЕТАНИИ С ТЕХНОЛОГИЕЙ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ В РЕАБИЛИТАЦИИ ПОСЛЕ ИНСУЛЬТА

Рубакова Александра Алексеевна

лаборант, НИЦ Медицинской реабилитации ФГБУ «Федеральный центр мозга и нейротехнологий» ФМБА России,

РФ, г. Москва

Серба Яна Александровна

лаборант кафедры медицинской реабилитации, ФДПО ГБОУ ВПО  Российский национальный исследовательский медицинский университет  им. Пирогова,

РФ, г. Москва

Иванова Галина Евгеньевна

проф., д-р мед. наук, главный внештатный специалист по медицинской реабилитации МЗ РФ и ФМБА России, заведующая кафедрой медицинской реабилитации ФДПО ГБОУ ВПО Российский национальный исследовательский медицинский университет  им. Пирогова, руководитель НИЦ медицинской реабилитации ФГБУ «Федеральный центр мозга и нейротехнологий» ФМБА

России, РФ, г. Москва

Трофимова Александра Константиновна

научный сотрудник НИЦ Медицинской реабилитации ФГБУ «Федеральный центр мозга и нейротехнологий» ФМБА России,

РФ, г. Москва

Булатова Мария Анатольевна

канд. мед. наук, заведующая отделением медицинской реабилитации №1 ФГБУ «Федеральный центр мозга и нейротехнологий» ФМБА России,

РФ, г. Москва

Введение

Инсульт остается ведущей причиной длительной нетрудоспособности, среди последствий инсульта крайне часто встречается парез верхних конечностей, препятствующий возвращению пациентов к самообслуживанию [1, с. 8-9]. В ряде исследований было показано, что реабилитационные методы с применением технологий моторного воображения позволяют восстанавливать после инсульта некоторые двигательные функции. Клинические испытания подтверждают, что с помощью интенсивных тренировок на моторное воображение в сочетании с традиционными подходами к реабилитации можно восстановить частичный контроль над плечевым и локтевым суставами паретичной конечности [2, с. 26]. В последние годы в нейрореабилитации высокотехнологичные методы все чаще применяются для восстановления моторных функций паретичных конечностей. Тренировки с применением интерфейса «мозг-компьютер» (ИМК) часто сочетаются с применением технологии виртуальной реальности (ВР), которая обеспечивает зрительную биологическую обратную связь, способствующую лучшему усвоению инструкций и более эффективному выполнению заданий на моторное воображение [3, с. 3-4]. Сочетание ВР и ИМК может пробудить у пациентов интерес и повысить их мотивацию, что способствует улучшению соблюдения пациентом режима лечения [4, с. 69].

Выполнение ментальных задач при моторном воображении может быть связано с активацией областей мозга, контролирующих выполнение двигательных функций. Регулярная активация двигательных зон коры во время тренировки может способствовать процессам нейропластичности мозга, приводя к функциональным улучшениям пораженных конечностей [5, с. 564]. Некоторые исследования показали, что паттерны активности нейронов, активируемых во время выполнения ментальных задач на моторное воображение, были аналогичны паттернам, генерируемым во время совершения реального движения [6, с. 936-937]. Таким образом, двигательные паттерны, участвующие в непосредственной двигательной деятельности, могут быть усилены во время идеомоторной тренировки, что способствует функциональной реабилитации; эта теория была подтверждена последующими исследованиями [7, с. 144].

В течение долгого времени в постинсультной реабилитации одним из наиболее эффективных вмешательств считалось целенаправленное обучение движению с помощью методов традиционной физической реабилитации [8, с. 836]. Однако пациенты с тяжелым парезом верхних конечностей могут быть не в состоянии выполнять физические упражнения, широко применяемые в клинической практике [8, с. 839, 9, с. e37]. В таких обстоятельствах идеомоторная тренировка с пассивным движением представляется как эффективная и экономичная альтернатива традиционным методам реабилитации, которая может применяться у пациентов с грубыми парезами, и специалистам следует учитывать возможность ее применения в качестве дополнения к базовым программа постинсультной реабилитации.

Материалы и методы

Целью данного исследования являлось изучение эффективности нейрореабилитационного экзоскелетного тренажёра «VIBRAINT RehUp» (Vibraint Inc., «IT Universe Ltd.»; Россия, Канада) с биологической обратной связью в сочетании с технологией виртуальной реальности (шлем виртуальной реальности HP Reverb G2 VR Headset).

В процессе выполнения заданий регистрировали электроэнцефалограмму (ЭЭГ). Результат классификации предъявлялся в виде зрительной (трехмерное изображение в шлеме виртуальной реальности) и проприоцептивной обратной связи (движение каретки экзоскелета): если распознавалось выполнение задачи, которая соответствовала предъявленной инструкции, происходило соответствующее изменение изображения в виртуальной среде, а также осуществлялось пассивное движение (сгибание-расгибание) предплечья и запястья пациента, помещенных в экзоскелет. ЭЭГ регистрировали при помощи усилителя NVX52 («Медицинские компьютерные системы»; Россия). Использовали 19 отведений, расположенных на позициях Fp1, Fp2, F7, F3, Fz, F4, F8, A1, T3, C3, Cz, C4, T4, A2, T5, P3, Pz, P4, T6. Для распознавания выполняемой пациентом задачи использовался Байесовский классификатор, основанный на анализе ковариационных матриц ЭЭГ.

Тренировки на воображение движения проходили в течение 8–14 дней, по одной процедуре ежедневно. Длительность каждой процедуры составляла 8 минут. В среднем каждый пациент получал 9 [5; 15] процедур на тренажере «VIBRAINT RehUp» в соответствии с протоколом проведения предсерийных испытаний прибора, а также стандартизированную физическую реабилитацию. При выраженной тенденции к общей рассеянности внимания и повышенной переключаемости на сторонние стимулы инструкции по выполнению задания максимально упрощали и сокращали, используя короткие и четкие формулировки.

Исследование проходило на базе ФГБУ «Федеральный Центр Мозга и Нейротехнологий» ФМБА России в период с 13.10.2021 по 20.12.2021. В исследовании принимали участие 13 пациентов (7 мужчин и 6 женщин) в возрасте 52,7 ±3 лет [32; 68] с перенесенным единичным инсультом давностью 6 [2; 13] месяцев ишемического – 10 (77%) пациентов – и геморрагического – 3 (23%) пациента – генеза. В исследуемой группе преобладали пациенты с подкорковыми поражениями (84,6%) и левосторонней (61,5%) локализацией очага. По данным первичного осмотра невролога у 85% пациентов была сохранна глубокая чувствительность, поверхностная чувствительность же была сохранна у 46% пациентов (у 54% исследуемых наблюдалась поверхностная гемигипестезия, контралатеральная стороне поражения головного мозга). Кроме того, при нейропсихологическом исследовании с помощью таблиц Шульте эффективность работы составила в среднем 50,34±4,91, степень врабатываемости — 0,99±0,03, степень устойчивости внимания — 1,08±0,05. Средний коэффициент по Монреальской шкале оценки когнитивных функций (МоСА) составил 24 [10; 30].

Критериями невключения пациентов в исследование являлись: неспособность выполнять процедуры исследования; отказ пациента или его законного представителя от участия в исследовании; когнитивные нарушения или афазия в степени, исключающей понимание инструкций пациентом; грубое нарушение зрения, не позволяющее выполнять визуальные инструкции в виртуальной среде; наличие контрактур или спастичность в верхней конечности более 4 баллов по модифицированной шкале Ashworth; наличие в анамнезе диагноза эпилепсии.

Обсуждение результатов

Оценка эффективности постинсультной реабилитации с помощью идеомоторных тренировок на нейрореабилитационном тренажере «Vibraint RehUp» проводилась при помощи шкал для оценки функционально значимых в повседневной жизни движений, кроме того производилось сравнение результатов первичного и выписного осмотров врача-невролога. Среди инструментов оценки были использованы модифицированная шкала Ashworth, шкала Фугл-Мейера для верхней конечности (FMA UE), а также изолированная оценка моторной функции верхней конечности по пунктам A – D шкалы Фугл-Мейера, шкала ARAT и шкала Рэнкина.

Улучшения в произведении функционально значимых движений рукой по шкале Fugl-Meyer UE наблюдались у 76,9% пациентов (10 человек) (p<0,05), однако клинически значимых улучшений (на 5,25 и более баллов) из них достигли только 7 человек (p <0,05). У этих же 7 испытуемых наблюдались статистически улучшения моторной функции кисти по пунктам A – D шкалы Fugl-Meyer (p <0,05).

По шкале ARAT процент улучшений был статистически незначимым (p = 0,065), моторика кисти улучшилась у 30,8% пациентов в среднем на 2,7 балла (см. Табл. 1). Такой результат, вероятнее всего, обусловлен тем, что реабилитация на тренажере «Vibraint RehUp» в большей степени направлена на восстановление функции лучезапястного и локтевого суставов, а не на суставы кисти.

Спастичность в дистальных отделах верхней конечности после 9 идеомоторных тренировок уменьшилась в среднем на 0,4 балла у 46,15% пациентов (p <0,05). Это может быть связано с эффективностью упражнений на медленное пассивное сгибание-разгибание, позволяющих при регулярном выполнении снизить спастичность и предотвратить возникновение контрактур в паретичной конечности [10, с. 2-3].

Результаты оценки мышечной силы по 5-балльной шкале в лучезапястном и локтевом суставах до и после тренинга оказались статистически незначимыми, улучшения наблюдались лишь у 3 (23%) пациентов и только в локтевом суставе. Вероятно, полученные результаты связаны с тем, что тренировки на пассивное движение могут быть малоэффективными в контексте восстановления мышечной силы.

Оценка степени инвалидизации пациентов по шкале Рэнкина выявила улучшения у 38,5% пациентов (5 человек) в среднем на 0,3 балла (p <0,05).

Таблица 1.

Результаты статистического анализа улучшений функциональной активности пациентов

Выводы

Идеомоторный тренинг с применением интерфейса «мозг-компьютер» в сочетании с технологией виртуальной реальности с помощью нейрореабилитационного тренажера «Vibraint RehUp» является эффективным вмешательством для восстановления крупной моторики и функциональной активности верхней конечности, а также позволяет снизить уровень спастичности в паретичной руке у пациентов, перенесших инсульт.

Уровень сохранности когнитивных функций и динамики работоспособности не показал корреляции с улучшениями моторной активности верхней конечности и со снижением степени инвалидизации пациентов. Это может быть связано с тем, что предъявление зрительных инструкций в игровой форме в виртуальной среде повышает мотивацию и интерес пациентов. Кроме того, продолжительность идеомоторной тренировки составляет всего 9 минут, в связи с чем даже пациенты с нарушениями внимания выдерживают такую когнитивную нагрузку.

В ряде исследований было показано, что идеомоторные тренировки с применением ИМК и технологий виртуальной реальности являются эффективным методом лечения пациентов, перенесших инсульт, при использовании в качестве дополнения к традиционным методам реабилитации. Однако для дальнейших выводов требуется более строгая стандартизация протоколов лечебных вмешательств и увеличение количества клинических испытаний с более высоким качеством методологии исследований [11, с. 2].

Список литературы:

1. Warlo C., Gijn J. van, Dennis M. Stroke: Practical management. Oxford, UK: Blackwell Publishing; 2008
2. Hu YQ, Gao TH, Li J, Tao JC, Bai YL, Lu RR. Motor Imagery-Based Brain-Computer Interface Combined with Multimodal Feedback to Promote Upper Limb Motor Function after Stroke: A Preliminary Study. Evid Based Complement Alternat Med.; 2021
3. Laver K. E., Lange B., George S. Virtual reality for stroke rehabilitation. J Cochrane Database of Systematic Reviews . 2017;11CD008349
4. Vourvopoulos A., Bermúdez i Badia S. Motor priming in virtual reality can augment motor-imagery training efficacy in restorative brain-computer interaction: a within-subject analysis. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 2016;13(1): p. 69. doi: 10.1186/s12984-016-0173-2
5. Sharma N., Baron JC. Does motor imagery share neural networks with executed movement: a multivariate fMRI analysis. J Front Hum Neurosci. 2013;7(): p. 564
6. Hétu S., Grégoire M., Saimpont A., et al. The neural network of motor imagery: an ALE meta-analysis. Neuroscience & Biobehavioral Reviews . 2013;37(5):930–949. doi: 10.1016/j.neubiorev.2013.03.017.
7. Fernandez-Gomez E., Sanchez-Cabeza A. Motor imagery: a systematic review of its effectiveness in the rehabilitation of the upper limb following a stroke J Revue Neurologique . 2018;66(5):137–146
8. Van Peppen R. P., Kwakkel G., Wood-Dauphinee S., Hendriks H. J., Van der Wees P. J., Dekker J. The impact of physical therapy on functional outcomes after stroke: what’s the evidence? Clinical Rehabilitation.  2004;18(8):833–862. doi: 10.1191/0269215504cr843oa.
9. Jovanovic L. I., Kapadia N., Lo L., Zivanovic V., Popovic M. R., Marquez-Chin C. Restoration of upper limb function after chronic severe hemiplegia. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation . 2020;99(3):e35–e40. doi: 10.1097/phm.0000000000001163.
10. Rao S, Huang M, Chung SG, Zhang LQ. Effect of Stretching of Spastic Elbow Under Intelligent Control in Chronic Stroke Survivors-A Pilot Study. Front Neurol. 2021;12:742260. doi:10.3389/fneur.2021.742260
11. Monteiro KB, Cardoso MDS, Cabral VRDC, Santos AOBD, Silva PSD, Castro JBP, Vale RGS. Effects of Motor Imagery as a Complementary Resource on the Rehabilitation of Stroke Patients: A Meta-Analysis of Randomized Trials. J Stroke Cerebrovasc Dis. 2021;30(8):105876. doi: 10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2021.105876