ИНТЕРФЕЙС МОЗГ–КОМПЬЮТЕР: |
||
МЕНЮ Главная страница Поиск Регистрация на сайте Помощь проекту Архив новостей ТЕМЫ Новости ИИ Голосовой помощник Разработка ИИГородские сумасшедшие ИИ в медицине ИИ проекты Искусственные нейросети Искусственный интеллект Слежка за людьми Угроза ИИ ИИ теория Внедрение ИИКомпьютерные науки Машинное обуч. (Ошибки) Машинное обучение Машинный перевод Нейронные сети начинающим Психология ИИ Реализация ИИ Реализация нейросетей Создание беспилотных авто Трезво про ИИ Философия ИИ Big data Работа разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика
Генетические алгоритмы Капсульные нейросети Основы нейронных сетей Распознавание лиц Распознавание образов Распознавание речи Творчество ИИ Техническое зрение Чат-боты Авторизация |
2024-07-09 12:09 ПЕРВЫЙ ОПЫТ КЛИНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ В РОССИИ О. А. Мокиенко, Р. Х. Люкманов, Л. А. Черникова, Н. А. Супонева, М. А. Пирадов, А. А. Фролов Воображение движений может стимулировать те же нейропластические механизмы мозга, что и их реальное исполнение. Контролировать воображение движения можно при помощи интерфейса мозг–компьютер (ИМК), который преобразует ЭЭГсигналы мозга, возникающие при воображении движения, в команды внешнему устройству. Представлены результаты двухэтапного исследования применения неинвазивного ИМК в реабилитации пациентов с выраженным гемипарезом вследствие очагового повреждения головного мозга. Показано, что обучение управлению ИМК не зависит от давности заболевания, локализации очага поражения и тяжести неврологического дефицита. На первом этапе исследования с участием 36 пациентов показано, что эффективность восстановительной терапии была выше в группе с включением в реабилитационную программу тренировки управления ИМК (в группе ИМК улучшение по шкале ARAT с 1 [0; 2] до 5 [0; 16] баллов, p = 0.012; в контрольной группе значимого улучшения не наблюдалось). На втором этапе исследования с участием 19 пациентов применялся комплекс ИМКэкзоскелет. На фоне курса реабилитации с применением данной технологии наблюдалось улучшение двигательной функции руки по шкалам ARAT (с 2 [0; 37] до 4 [1; 45.5] баллов, p = 0.005) и Fugl–Meyer (с 72 [63; 110] до 79 [68; 115] баллов, p = 0.005). гемипарез, нейрореабилитация, интерфейс мозг–компьютер, экзоскелет. неврология, нейроинженерия Интерфейс мозг–компьютер (ИМК) – это технология, позволяющая осуществлять преобразование данных об электрической или метаболической активности мозга человека или животного в сигналы управления внешним техническим устройством [1–3]. В качестве сигнала об активности мозга в неинвазивном ИМК наиболее часто используют реакцию синхронизации/десинхронизации сенсомоторного ритма (СМР) электроэнцефалограммы (ЭЭГритм в диапазоне 8–12 Гц) над областями первичных соматосенсорной и моторной коры, соответствующую процессу воображения движения [4, 5]. Применение именно сенсорномоторных ритмов ЭЭГ в ИМК представляется наиболее перспективным: данный нейрофизиологический феномен устойчиво ассоциирован с двигательными областями мозга, при этом десинхронизация сенсомоторного ритма не требует реального движения, а только его воображения [5]. Таким образом, естественным типом ментальной деятельности, который может быть распознан в системе ИМК, является просто воображение движения какого-либо исполнительного органа (конечности, языка). Кроме того, воображение движений разных органов создает разное распределение активности по поверхности коры и, соответственно, разные пространственные паттерны ЭЭГ, что об легчает задачу классификатора интерфейса [6, 7]. Научным обоснованием применения в нейрореабилитации ИМК, базирующегося на таком принципе, являются данные о влиянии процесса воображения движения на нейропластичность, а также тот факт, что воображение движения является единственной активной парадигмой для модуляции процессов нейропластичности в двигательных зонах головного мозга при плегии, то есть при полном отсутствии движений в конечности [8–10]. С развитием концепции нейропластичности была показана значимость обратной связи, предъявляемой пациенту при обучении. Синхронное предоставление объективной информации о выполнении движения с помощью роботизированных ортезов, визуальных данных повышает качество обучения: пациент получает инструмент для произвольного контроля собственного движения, а усиление тактильной, проприоцептивной, зрительной афферентации дополнительно активирует структуры головного мозга, лишенные или ограниченные в получении сенсорной ин формации вследствие инсульта [11, 12]. Немало важным является применение технологий роботизированной терапии, обеспечивающих высокую повторяемость движения с оптимальной интенсивностью тренировок [13]. Также одним из основополагающих принципов нейрореабилитации является раннее начало восстановительных мероприятий [14]. Комплекс ИМК позволяет реализовать практически все современные принципы нейрореабилитации. В России ранее не проводились исследования ИМК в двигательной реабилитации пациентов неврологического профиля. Основными предпосылками для начала данной работы стали нерешенные вопросы о возможности обучения управлению ИМК, основанного на воображении движения, у пациентов с обширным повреждением двигательной коры, а также необходимость изучения клинической эффективности применения этой технологии у больных с грубыми двигательными нарушениями. МЕТОДИКА Исследование проходило в два этапа: в 2011– 2013 гг. (первый этап) на базе ФГБНУ Научный центр неврологии и с 2014 г. (второй этап) в сов местной работе ФГБНУ Научный центр неврологии, РНИМУ им. Н.И. Пирогова и МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского. В настоящей работе приводятся данные, полученные на базе ФГБНУ Научный центр неврологии. Протокол исследования был одобрен локальным этическим комитетом ФГБНУ Научный центр неврологии. Критерии включения в исследование: пациенты мужского и женского пола в возрасте 18–80 лет с подтвержденным первичным нарушением мозгового кровообращения по ишемическому или геморрагическому типу давностью от 1 месяца или с травмой головного мозга с единичным очагом повреждения по данным магнитно-резонансной томографии (МРТ), имеющие парез или плегию в кисти. Критерии не включения в исследование: грубые когнитивные нарушения, сенсорная афазия (нарушение способности понимать речь), грубая моторная афазия (нарушение способности говорить), грубое нарушение зрения, не позволяющее выполнять визуальные инструкции на экране компьютера. В исследовании использовался неинвазивный ИМК, основанный на анализе паттернов ЭЭГ при воображении движения рук. Комплекс ИМК состоит из следующих элементов (рис. 1): система активных электродов ActiCap фирмы Brain Prod ucts (Германия) для регистрации ЭЭГ; энцефалограф NBL640 производства ООО “НейроБиоЛаб”; персональный компьютер (операционная система Windows 7) с программным обеспечением для синхронной передачи данных, выделения рабочих показателей ЭЭГ и классификации сигналов для распознавания управляющей команды в реальном времени; экзоскелет кисти (роботизированный ортез) производства ООО “Нейроботикс”. Экзоскелет кисти входил в состав комплекса ИМК только на втором этапе исследования. Регистрация ЭЭГ проводилась с помощью 30 электродов, расположенных по международной схеме 10–20. Под каждый электрод наносил ся специальный гель для улучшения контакта с поверхностью головы. Сигналы ЭЭГ фильтровались в полосе частот от 5 до 30 Гц. В исследовании применялся классификатор паттернов ЭЭГ, основанный на методе Байеса. В качестве показателя точности классификации использовались индекс “каппа Коэна” (при идеальном распознавании ? = 1, при случайном распознавании ? = 0) [15] и процент правильных ответов классификатора (распознавание выше случайного при >35%). Определение источников активности, наиболее значимых для функционирования ИМК, проводилось с помощью метода независимых компонент (ICA, Independent Component Analysis). Во время тренировки пациент сидел в удобном кресле так, что голова находилась на расстоянии 1 метра от компьютерного монитора, на котором ему предъявлялись визуальные инструкции. В центре экрана находилась округлая метка, служившая для фиксации взгляда, и расположенные вокруг нее 3 ромбовидные стрелки, менявшие цвет для обозначения инструкций. Пациент выполнял одну из трех инструкций: расслабиться (верхняя стрелка), воображать движение левой или правой руки (левая или правая стрелки соответственно). По инструкции расслабиться (по кой) испытуемый должен был спокойно сидеть и смотреть в центр экрана. Инструкции по воображению движения предъявлялись в случайном по рядке, каждая в течение 10 секунд с обязательным периодом покоя между ними длительностью 10 секунд. На первом этапе исследования в качестве воображаемого движения пациенту предлагалось кинестетически представлять медленное сжатие кисти в кулак. Результаты распознавания выполняемой ментальной задачи предъявлялись пациенту по зрительной обратной связи: метка в сере дине экрана, фиксирующая взор, принимала зеленый цвет, если классификатор распознавал задачу, соответствующую предъявляемой инструкции движения, и оставалась белой, если распознавалась другая задача. На втором этапе исследования в качестве воображаемого движения пациенту предлагалось кинестетически представлять медленное разгибание пальцев. Результаты распознавания такого воображения предъявлялись как с помощью визуальной, так и с использованием кинестетической обратной связи: в случае успешного распознавания классификатором задачи, закрепленный на паретичной руке экзоскелет кисти разгибал пальцы. С каждым пациентом основной группы первого этапа и со всеми пациентами второго этапа исследования тренировки проводили в течение 10– 15 дней, по одной в день, продолжительностью 20–30 минут. Интервалы между тренировками составляли от 1 до 4 дней. Для оценки двигательной функции руки до на чала и по окончании курса реабилитации применяли шкалы: Action Research Arm Test (ARAT), Modified Ashworth Scale (MAS) – на первом и втором этапах исследования и FuglMeyer (на втором этапе исследования). Статистическая обработка результатов проводилась с помощью критериев Манна–Уитни и Вил коксона на персональном компьютере с применением пакета прикладных программ STATISTICA (StatSoft®). Данные представлены в виде медианы и 25%, 75% квартилей медианы. Статистически значимыми различия считались при р < 0.05. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Первый этап исследования. На первом этапе в исследовании участвовали 36 пациентов с гемипарезами в результате очагового поражения головного мозга вследствие инсульта или травмы, из них 26 мужчин и 10 женщин, в возрасте от 34 до 70 лет (медиана – 52.5 [42.5; 57] лет), с давностью заболевания от 1 месяца до 8 лет (медиана давности заболевания составила 11.5 [3; 21.5] месяцев). В раннем восстановительном периоде находились 14 пациентов, в позднем и резидуальном – 22 пациента. У большинства пациентов (25 из 36) характер нарушения мозгового кровообращения был ишемический, у 10 из 36 – геморрагический и у 1 пациента – причиной очагового повреждения головного мозга являлась тяжелая черепно-мозговая травма. Очаг поражения локализовался в правом полушарии у 20 пациентов, в левом – у 14, и у 2 пациентов – в стволе головного мозга. Среди наблюдаемых больных корковоподкорко вое повреждение было у 2 пациентов, подкорковое – у 34 пациентов. У всех пациентов в клинической картине наблюдался грубый парез в руке или плегия: медиана по шкале ARAT составляла 0 [0; 4]. Шестнадцать пациентов составили основную группу, в комплексное лечение которых были включены тренировки ИМК, и 20 пациентов бы ли включены в группу сравнения, они получали только традиционную комплексную терапию. Основная группа и группа сравнения были сопоставимы по возрасту, давности заболевания и степени выраженности неврологического дефицита. Все испытуемые – правши. Все пациенты перед началом исследования подписали добровольное информированное согласие. Способность управлять ИМК. Обучение управлению ИМК полностью прошли 13 пациентов с очаговым повреждением головного мозга (основная группа). Процент правильного распознавания классификатором метальных задач составил 55.5 [45; 59.5]%, показатель “каппа Коэна” – 0.37 [0.19; 0.43]. Качество управления ИМК не зависело от латерализации очага повреждения (при сравнении подгрупп пациентов с левосторонним или правосторонним гемипарезом: p = 0.89) и реабилитационного периода (при сравнении пациентов в раннем или позднем и резидуальном периоде p = 0.08). Таким образом, несмотря на наличие очагового повреждения головного мозга и выраженного нарушения двигательной функции кисти, пациентам с разной давностью заболевания удавалось управлять ИМК, основаны на регистрации сенсомоторного ритма. Значимые для управления ИМК компоненты при корково-подкорковой и подкорковой локализации очага повреждения... Полный текст статьи смотрите в прикрепленном документе. Интерфейс мозг-компьютер: первый опыт клинического применения в России - Мокиенко О.А., Люкманов Р.Х., Черникова Л.А., Супонева Н.А., Пирадов М.А., Фролов А.А. (Физиология человека, том 42, №1, с.31-39) Источник: vk.com Комментарии: |
|