Разработанный учеными Института когнитивных нейронаук (ИКН) НИУ ВШЭ и специализированных институтов комплекс ре-/абилитационных подходов позволяет повысить эффективность лечения детей с тяжелыми моторными расстройствами. Исследователи предполагают создать экзоортезы на основе нейромышечного управляющего сигнала для облегчения двигательной активности в период ре-/абилитации, сформировать инструменты оценки психологических и когнитивных нарушений у пациентов с моторными нарушениями, разработать и внедрить коррекционные образовательные программы.

В рамках стратегического проекта «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде», работающего в рамках программы «Приоритет-2030», прошел семинар «Разработка мероприятий абилитации пациентов с моторными нарушениями».  

Семинар начался с демонстрации серии опытов с применением приборов ООО «Нейроботикс», которые представил директор компании Владимир Конышев, в том числе нейрогарнитуры, позволяющей снимать энцефалограмму без добавления геля. Другое оборудование облегчает стимулирование и расслабление отделов мозга людей с посттравматическим стрессовым расстройством, высоким уровнем стресса, а также детей с синдромом дефицита внимания. Еще одна нейрогарнитура помогает управлять сжатием экзоскелета с помощью сигналов мозга.

«Это настоящая магия», — отреагировал ведущий семинара, административный руководитель стратегического проекта «Устойчивый мозг» Игорь Соколов.

Ведущий научный сотрудник Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ Евгений Благовещенский рассказал, что институт в течение 8 лет ведет совместный проект с Национальным медицинским исследовательским центром детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера по лечению артрогрипоза и пареза Дюшена — Эрба. Это редкие заболевания, ведущие к разрушению нейронов или аксонов и деградации мышц, причем артрогрипоз является врожденным заболеванием. Если поражается управление бицепса, рука превращается в плеть, ребенок может брать предмет, но не способен согнуть руку. Врачи Центра Турнера разработали уникальную операцию пересадки другой мышцы на место неработающего бицепса. 

Ученые ИКН изучали, как пересадка влияла на процессы в мозге прооперированных детей, сравнивая ЭЭГ больных и здоровых детей, и по основным ритмам и мощности импульсов измерили длину временной корреляции нейронного сигнала. Выяснилось: во время абилитации, когда прооперированные дети обучаются новым навыкам, учатся владению рукой, изменение силы мышц и скорость моторных навыков связаны с динамикой альфа-ритмов мозга. Оценка ЭЭГ при решении когнитивных задач показала, что по динамике ритмов больные дети отличаются от здоровых, а значит, отметил эксперт НИУ ВШЭ, врачи могут применять ее как маркер заболевания и успешности лечения таких болезней.

Также, сообщил Евгений Благовещенский, в Центре Турнера создана лаборатория транскраниальной стимуляции, где мозг и мышцы детей картируются до и после операции и разработана методика, как сравнивать изменения в мышечном контроле.

В этой ситуации важно объективно оценивать происходящее с пациентами, в том числе через процессы, связанные с их речью, т.к. речь — один из наиболее чувствительных когнитивных факторов, отражающих перемены в восприятии и мышлении. Так, было показано: пассивное восприятие слов, связанных с движением пораженных конечностей, у больных детей отличается от такого же восприятия у здоровых детей. Такое отличие наблюдалось в реакциях и ЭЭГ-сигнале. Это еще раз подчеркивает важность ЭЭГ-анализа как биомаркера динамики заболевания и ре-/абилитации.

Эксперт НИУ ВШЭ также пояснил: сложные операции по пересадке мышцы не всегда приводят к успеху: ребенок, привыкший к недействующей руке, пытается заместить ее функции с помощью наклонов тела или, например, учится доносить еду до рта коленями или даже ступней и по привычке продолжает использовать прежние практики. В этой ситуации нужно учить ребенка, как правильно действовать рукой. Для этого используется нейрообратная связь: если силы мышц не хватает, то прибор помогает пациенту, а если пациент делает слишком резкие движения, то, напротив, тормозит, чтобы достичь плавных движений и разрушить патологические синергии. Разработан прототип прибора, теперь важно найти биомехаников, способных создать серийный образец.

Также в ИКН разработали трансспинальную электростимуляцию, позволяющую достучаться до нейронов через спинной мозг и повысить их активность. Ученые предлагают отказаться от импульсной стимуляции и перейти к применению постоянного тока низкой интенсивности.

Евгений Благовещенский обратил внимание на необходимость коррекционных образовательных программ для детей с артрогрипозом ввиду имеющихся у них когнитивных нарушений. «Их нельзя оставлять как есть и применять обычные программы реабилитации, нужен персонифицированный подход», — подчеркнул он. Эксперт полагает: новые перспективы лечения таких детей связаны с экзоскелетами на основе обратной связи, в этом будущее ортопедии.

Игорь Соколов добавил, что в помощи нуждаются и мамы таких детей.

Директор ИКН НИУ ВШЭ Анна Шестакова отметила: генетики в обозримой перспективе могут изучить природу этих заболеваний, что позволит решить проблему их предотвращения, поскольку лишь в немногих странах делаются операции, аналогичные проводимым в Центре Турнера, после которых дети получают возможность плавать и рисовать.

Исследователи ИКН разработали протокол картирования функций мышц, двигающих плечом и предплечьем, при помощи МЭГ и МРТ. Анализ анатомических особенностей пациентов с парезом выявил особенности в подкорковых структурах мозга, отражающие специфику взаимодействия детей с окружающим миром. Совместная работа физиологов, логопедов и нейролингвистов позволила исследовать когнитивные функции, в частности речь детей с моторными нарушениями, в том числе с помощью метода воплощенного познания. Сотрудники лаборатории, созданной совместно с Московским городским педагогическим университетом, выяснили: дети с моторными нарушениями по-разному реагируют на слова, связанные с активацией руки или, например, ноги.

«Мы разработали протокол, который выстрелил, обнаружил разницу между больными и здоровыми детьми», — сказала Анна Шестакова. Выяснилось, что в восприятии речи есть доминантные и субдоминантные полушария, но при определенных смыслах высказывания нейронные сети субдоминантного полушария также будут участвовать в его обработке. Например, первичные моторные функции подсвечиваются именно в субдоминантном полушарии. Это, полагает директор ИКН, позволит тестировать методы абилитации пациентов в постоперационном периоде, проанализировать реакцию детей в этот период на слова, связанные с движением руки.

Недавно, сообщила она, была опубликована статья по применению нейромоделирования для пациентов с инсультом, в том числе для молодых. Междисциплинарная работа с поведенческими экономистами, изучающими влияние факторов выгоды на действия людей, по мнению Анны Шестаковой, позволит прогнозировать прогресс реабилитации и абилитации у разных людей. Сейчас в работу над этой темой вовлечены пять групп исследователей.

Заведующая отделением артрогрипоза Национального медицинского исследовательского центра детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера Ольга Агранович подчеркнула: в ряде случаев пациенты не понимают, как совершить то или иное движение после проведенных операций, которые не всегда приводят к ожидаемому эффекту. Работы ученых НИУ ВШЭ улучшают результаты лечения. Важны также и проводимые в Вышке исследования, позволяющие понять механизмы возникновения нарушений и вероятность их коррекции. «Я благодарна всем коллегам, участвующим в проекте, работа очень нужная и важная», — подытожила врач.

Вадим Никулин (Институт Макса Планка, Германия) назвал совместную работу ИКН и медиков уникальным междисциплинарным проектом. Нейрональная оценка мышцы-донора при прогнозе вероятности успеха ее пересадки может быть использована и при лечении других заболеваний, в частности при реабилитации пациентов с инсультом, а также для лечения моторных патологий.

В абилитации пациентов с артрогрипозом важно взаимодействовать с нейробиологами и нейроинженерами, специалистами-биомеханиками. Разработанные методы, считает Никулин, могут применяться в лечении пациентов с ампутациями и в неинвазивной стимуляции мозга. «Я приятно поражен результатами», — подытожил он.

Директор ООО «Нейроиконика Ассистив» Константин Шелепин считает, что разработанные в Вышке решения способны повысить качество жизни части пациентов сопоставимо с излечением от той или иной болезни. Он сообщил: специалисты компании разработали технологию, позволяющую обездвиженным пациентам пользоваться компьютером и его приложениями, и предложил использовать ее для создания качественно нового продукта для таких детей.

Заведующий Лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ Павел Мусиенко назвал совместную работу классическим примером нейромедицинского проекта, позволяющего найти решения, применяемые в клинике. Мусиенко подчеркнул важность привлечения инженеров и их умения взаимодействовать с учеными разных дисциплин. «Только тогда появится синергия», — убежден он.

Павел Мусиенко сообщил: при лечении артрогрипоза нижних конечностей хорошо работает стимуляция спинного мозга, возможно, эти методы могут сработать и при лечении верхних конечностей. По его мнению, необходимо изучать и побочные результаты электростимуляции двигательных функций.

Ведущий научный сотрудник ИКН ВШЭ Юрий Штыров поздравил участников с успешным проектом. По его мнению, в нем сочетается фундаментальное и прикладное трансляционное исследование. Он предложил обратить внимание на когнитивную составляющую проекта, поскольку изучение этих элементов и последствий моторного расстройства позволяет исследовать когнитивные проблемы.

Юрий Штыров отмечает, что абилитация на более широкой основе, чем медицинские или операционные решения, предполагает разработку методик терапии, связанной с нейронауками, стимулирующих пациента использовать те органы, которые он привык не применять. Это позволит приблизить создание терапии афазии и поведенческой посттравматической терапии, когда функция исчезает и ее восстановление занимает длительный период.

«То, что мы используем в фундаментальных исследованиях, работает на благо человека, используется для уникальной экспертизы по лечению непростых пациентов. Мы можем завершить обсуждение на положительной ноте с точки зрения и прикладной, и клинической, и фундаментальной науки», — подытожил Юрий Штыров.

В работе семинара участвовали заместитель проректора НИУ ВШЭ Наталья Ватолкина, доцент ИКН НИУ ВШЭ Маттео Феурра, стажер-исследователь ИКН Татьяна Леднева и научный сотрудник ФГБНУ «Научный центр неврологии» Илья Бакулин.