Постинсультные когнитивные нарушения (ПИКН) являются актуальной проблемой, снижая возможности проведения эффективного реабилитационного лечения, значительно ухудшая качество жизни больных и их родственников. Распространенность ПИКН во всем мире достаточно широка. В одном из недавних систематизированных обзоров M. Barbay и соавт. [1] приводятся данные о 53,4% ПИКН, включая расстройства, достигающие степени деменции. По результатам X. Sun и соавт. [2], доля легких и умеренных ПИКН может достигать 80%, деменция же, по мнению авторов, наблюдается у 7%. Опубликованные результаты консорциума STROKOG свидетельствуют о наличии когнитивных нарушений (КН) у 44% пациентов в объединенной выборке из 3146 больных, госпитализированных по поводу инсульта и транзиторной ишемической атаки (ТИА), а также КН, выявленных через 2—6 мес последующего наблюдения еще у 30—35% больных, при этом исследователи указывают на имеющиеся расстройства, касающиеся преимущественно доменов внимания, скорости обработки информации, памяти, речи, исполнительных функций [3].

Несмотря на сложный многофакторный патогенез развития ПИКН, важной характеристикой является наличие возможности их коррекции, поэтому разработка новых подходов с использованием современных высокотехнологичных методов представляется актуальной.

Цель обзора — анализ данных о потенциальных возможностях и перспективах использования интерфейса «мозг—компьютер» (ИМК) для лечения КН.

ИМК активно используется на сегодняшний день в реабилитационном процессе. ИМК позволяет осуществлять прямое преобразование данных об электрической или метаболической активности головного мозга человека в сигналы управления внешними техническими устройствами. С помощью компьютерной обработки из полученных сигналов выделяются компоненты, значимые для управления. ИМК использует нейронную активность мозга в качестве входных данных, применяя математические алгоритмы для декодирования электрических, магнитных, метаболических или иных переменных, которые могут быть дополнительно усилены, отфильтрованы и преобразованы в сигналы для управления внешними устройствами. Практически во всех типах ИМК пользователи получают обратную связь в режиме реального времени о результатах своей мозговой деятельности посредством визуальной (наиболее распространенной), слуховой, тактильной, вестибулярной или проприоцептивной обратной связи. Полная система обычно состоит из сбора и обработки сигналов, извлечения и выбора признаков, классификации сигналов, внешнего управления и обратной связи с пользователем. Каждая из составляющих имеет множество разработанных вариантов технического решения, а гетерогенное сочетание различных паттернов исполнения позволяет настраивать ИМК для диагностики и функционального восстановления с учетом конкретного заболевания.

Человеческий мозг выполняет многочисленные сложные когнитивные операции, включая обучение, обработку эмоциональных ощущений посредством нормального функционирования активных нейронов. На фоне имеющейся органической патологии, повреждения нейронных сетей ИМК может служить не только составной частью системы, замещающей структурный дефект, но и подключенный непосредственно к внешнему управляющему устройству или используемый в комплексе с другими методами, например функциональной электрической стимуляцией и виртуальной реальностью, может способствовать эффективному функциональному восстановлению [4, 5]. В настоящее время с непрерывным развитием технологий искусственного интеллекта во всем мире ИМК постепенно вошли в медицинскую практику. Достижения в области сенсорных технологий, разработка неинвазивных и имплантируемых беспроводных систем ИМК и их комбинация со стимуляцией мозга позволяют предположить, что стратегии, связанные с ИМК, будут играть все более важную роль в нейрореабилитации после инсульта. Разработки по использованию и внедрению ИМК включены в стратегические планы многих стран по инновациям в данной области, и в настоящее время в эту технологию вкладываются значительные материальные и интеллектуальные ресурсы.

Многоплановые исследования, связанные с изучением эффективности применения ИМК в нейрореабилитационном процессе, основываются на общепринятом понимании способности человеческого мозга адаптироваться к изменениям и стимулам окружающей среды путем реорганизации своей структуры и функций, ремоделирования имеющихся связей, известной как пластичность мозга. В работе J. Nie и X. Yang [6] показали, что ИМК способствует функциональному ремоделированию нейронов, увеличивает экспрессию каркасных и регуляторных белков, повышает синаптическую пластичность и способствует обучению и восстановлению когнитивных функций, а именно процессов, связанных с памятью. M. Ortiz и соавт. [7] подтвердили, что ИМК, основанный на гамма-диапазонах, может повысить нейропластичность, способствовать когнитивной и двигательной реабилитации, повысить точность управления экзоскелетом и повысить уровень внимания пациента во время ходьбы. В своем наблюдении S. Kleih и соавт. [8] также предположили, что ИМК может повышать пластичность нейронов путем активации заинтересованных зон и, таким образом, способствовать восстановлению речевых функций у пациентов с афазией после инсульта. В свою очередь исследование с использованием методологии функциональной МРТ подтвердило оптимизацию нейропластических процессов у пациентов с инсультом после терапии на основе использования ИМК [9].

В последние годы отмечены наиболее значительные результаты в разработке методологии использования терапии на основе ИМК в реабилитации двигательных нарушений после инсульта [10—12]. Один из недавних крупных метаанализов Y. Xie и соавт. [13], включивший 17 исследований с участием пациентов, перенесших инсульт, продемонстрировал, что тренировка на основе ИМК статистически значимо улучшила двигательную функцию верхних конечностей в раннем и позднем восстановительном периодах инсульта по сравнению с контрольными вмешательствами. Кроме того, специалисты отметили, что данная технология продемонстрировала свою эффективность в повышении активности повседневной жизни больных [13]. Российские исследователи также показали, что включение системы ИМК-экзоскелет в комплексную реабилитацию пациентов с постинсультным парезом руки способствовало восстановлению двигательного дефекта, по результатам специалистов НЦ неврологии РАН Р.Х. Люкманова и соавт. [14] было отмечено улучшение показателей захвата и движений в проксимальных отделах паретичной верхней конечности. По данным сотрудников неврологического отделения ГБУЗ МО «МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского» по результатам целого комплекса работ, проведенных в данном направлении в течение нескольких лет, при применении в нейрореабилитации ИМК был отмечен отчетливый прогресс в восстановлении функции движения руки после инсульта [15]. Повышение показателей при оценке моторной функции верхней конечности по шкале Фугл—Мейера было выявлено также китайской группой исследователей [16] у пациентов с инсультом после терапии с использованием ИМК. Похожие результаты были констатированы другой группой китайских авторов [17], где в оценке выборки из 25 пациентов с инсультом в раннем восстановительном периоде и умеренным или тяжелым парезом руки также была отмечена статистически значимо большая разница показателей восстановления двигательной функции до и после лечения при тренировке с применением ИМК, чем при стандартной терапии [17]. G. Zhan и соавт. [18] отметили, что реабилитационная тренировка с ИМК может вызывать клинически значимое улучшение двигательных функций у пациентов с инсультом в позднем восстановительном периоде, расширяя также и их функциональную интеграцию.

При этом, несмотря на успех, достигнутый вмешательствами на основе ИМК в коррекции двигательного дефицита, немоторные нарушения еще не получили такого же внимания в исследовательских работах, хотя отмечается, что технология ИМК имеет широкие перспективы развития для внедрения в восстановительный процесс после инсульта для улучшения когнитивных функций, независимости пациента и повышения качества жизни. При функционировании ИМК в качестве показателей активности мозга, основанных на регистрации электроэнцефалограммы интерфейсах, используются различные паттерны, включающие зрительные вызванные потенциалы, медленные корковые потенциалы, компонент P300, сенсомоторные µ- и ß-ритмы. Каждый из них имеет свои определенные перспективы использования в клинической практике, учитывая технические характеристики. Например, для десинхронизации µ-ритма выполнение реальных движений не является облигатным условием, необходимо хотя бы только их воображение. В свою очередь в работе ИМК, в частности на основе P300, не требующей интенсивной подготовки в отличие от управления медленными корковыми потенциалами и сенсомоторными ритмами при обучении для освоения использования метода посредством зрительной и слуховой биологической обратной связи, со стороны пациента требуется значительная консолидация внимания при проведении тренинга, что может также использоваться в нейрореабилитационном процессе.

Кроме того, безусловно, есть особенности, связанные с используемым паттерном в ходе реализации ИМК, а также многочисленные вариации, определяемые исходными особенностями личности пациента, его эмоционального состояния. Работы по их изучению в настоящее время активно ведутся, при этом данные о ранее проведенных исследованиях предикторов производительности ИМК немногочисленны. Так, например, в работе немецких исследователей E. Hammer и соавт. [19], целью которой было изучение влияния психологических переменных на контроль P300-ИМК с помощью комплексной батареи нейропсихологических тестов при обследовании 40 здоровых испытуемых, показано, что «эмоциональная стабильность» пользователей, их характеристика как спокойных и рациональных индивидуумов отрицательно коррелировали с эффективностью работы с ИМК, они показали худшие результаты. Авторы, получив неожиданные результаты, сделали выводы о необходимости дальнейших исследований, чтобы принять или отвергнуть полученный предиктор [19]. S. Kleih и соавт. [20] манипулировали мотивацией с помощью денежного вознаграждения и показали, что амплитуда P300 высокомотивированных пользователей была значительно выше, чем у менее мотивированных участников. E. Baykara и соавт. [21] также показали, что мотивация значительно повлияла на скорость выполнения P300, а также на амплитуду P300. Y. Ke и соавт. [22] смогли определить положительное влияние интеллектуальной нагрузки на производительность ИМК: если участники подвергались соответствующей умственной нагрузке на этапе обучения ИМК, они демонстрировали лучшие результаты во время последующих практических занятий на этапе применения [22]. В совокупности мало что известно о том, какие психологические параметры играют прогностическую роль в результативности при работе с ИМК, и тем более это касается его возможности в коррекции КН. Работы по изучению активности нейронов головного мозга, посвященные применению ИМК, свидетельствуют об активации ассоциативных зон, островка, дополнительной моторной коры в контралатеральном полушарии, а также мозжечка. При этом, как известно, данные участки играют важную роль в оценке когнитивных стратегий, моторных программ, в планировании процесса движения, интеграции сенсорной и мнемонической информации, имеют связь с рабочей памятью.

Необходимо отметить, что за последние годы появляется все больше исследований, цель которых — анализ эффективности тренингов с ИМК на состояние высших психических функций как у здоровых испытуемых, так и у пациентов с различными нозологическими формами. В исследованиях американских специалистов показано, что 4-недельная программа когнитивной тренировки с нейробиоуправлением среди 86 здоровых взрослых среднего возраста (M=66 [54; 84]) способствовала значительному улучшению зрительной и слуховой памяти, темпа мышления, в то время как в контрольной группе авторами этого отмечено не было [23]. В результате двойного слепого рандомизированного клинического исследования японских авторов, включавшего наблюдение 6 здоровых молодых людей, случайным образом распределенных в три группы, получающих тренировки с использованием ИМК по 20 мин каждый день в течение 4 нед, когнитивные тренировки, активный контроль, было отмечено, что группа с использованием ИМК продемонстрировала статистически значимо большие положительные эффекты на эпизодическую память, рабочую память и внимание по сравнению с остальными участниками [24].

В ранее проведенных работах отмечено положительное влияние тренировок с нейробиоуправлением, основанным на ИМК, на состояние когнитивных функций при нарушениях развития нервной системы у детей, таких как синдром гиперактивности [25], легкие КН у пожилых людей [26, 27]. Эффективность когнитивного обучения на основе нейробиоуправления при синдроме дефицита внимания/гиперактивности у детей и подростков продемонстрирована также в недавнем крупном метаанализе A. Bussalb и соавт. [28].

Группа испанских авторов [29] представила данные сравнительного исследования результатов лечения 62 пациентов старше 60 лет с наличием КН, отметив значительное улучшение когнитивных функций при обучении с использованием ИМК: зрительно-пространственного восприятия, устной речи, памяти и внимания по сравнению с стандартной терапией. В своей работе G. Alatorre-Cruz и соавт. [30] отметили улучшение когнитивных функций на основе анализа электроэнцефалографической активности после проведения тренировок с ИМК при наблюдении в течение одного года 20 здоровых пожилых людей с электроэнцефалографическими предикторами КН [30]. Взаимодействие мозга с компьютером для улучшения коммуникации и реабилитации на основе нейробиоуправления имело положительные оценки и у больных после травматического повреждения головного мозга [31, 32]. Для увеличения продолжительности курса лечения, удобства проведения дистанционных курсовых занятий S. Martin и соавт. [33] разработали онлайн-приложение для когнитивной реабилитации на базе системы P300-ИМК для пациентов с черепно-мозговой травмой, которое используется в домашних условиях, позволяя в удаленном режиме назначать тренинги различной сложности пациентам с тяжелыми физическими и когнитивными нарушениями [33].

В настоящее время внимание исследователей направлено на оценку возможности влияния тренировок с использованием ИМК на восстановление когнитивных функций после инсульта. В одном из недавних систематизированных обзоров S. Yang и соавт. [34] представили обширный спектр новейших достижений использования технологии ИМК в области исследований при нейрореабилитации в группе пациентов, перенесших инсульт; в обзоре обсуждаются вопросы эффективности технологии в восстановлении двигательных, сенсорных, речевых нарушений, памяти, внимания и др. Сотрудники Наньянского технологического университета Сингапура R. Mane и соавт. [35] обращают особое внимание на положительное влияние когнитивной реабилитации с использованием ИМК у пациентов после инсульта, авторы сообщают о значительном потенциале для лечения немоторных расстройств, таких как когнитивные и эмоциональные нарушения. Важность продолжения активной работы в данном направлении в своем научном обзоре по данной тематике подчеркнули и итальянские исследователи F. Pichiorri и D. Mattia [36], указывая важную потенциальную роль технологии ИМК в области восстановления когнитивных функций и решения вопросов адаптации пациентов, отметив, что, несмотря на знания, полученные за последнее десятилетие, растущее количество исследований, доказывающих эффективность ИМК в реабилитации, широкое внедрение в клиническую практику все еще находится в процессе становления.

В исследовании C. Zhao и соавт. [37] при наблюдении пациентов с инсультом, получавших лечение на основе использования ИМК, отмечалось не только улучшение показателей двигательной активности паретичной нижней конечности по шкале Фугл—Мейера, индекса Бартел, но и восстановление когнитивных функций, что подтверждалось корреляционной связью с оценкой значений лабораторных показателей, а именно секреции мозгового нейротрофического фактора (BDNF) на фоне лечения [37]. J. Reichert и соавт. [38] применили тренинги с ИМК у пациентов, перенесших инсульт с тромбозом базилярной артерии, и обнаружили, что обучение нейробиоуправлению положительно влияет на процессы памяти. До начала лечения наблюдался дефицит кратковременной и долговременной памяти. После проведенного лечения, по данным авторов, производительность различных аспектов домена памяти значительно возросла [38]. W. Nan и соавт. [39] представили описание 2 клинических случаев использования нейробиоуправления у пациентов (63-летний мужчина и 77-летняя женщина), перенесших ишемический инсульт более 3 лет назад. Им был проведен тренинг нейробиоуправления в течение 15 сеансов, распределенных в 2 мес с целью улучшения когнитивных функций и повышения двигательной активности. В результате лечения были получены результаты, свидетельствующие о положительном влиянии проведенного лечения на физическую активность и когнитивный статус. Кроме того, у пациентов снизился уровень тревоги и депрессии, а у пациента мужского пола была также отмечена эволюция имевшего место до лечения нарушенного речевого паттерна, улучшился процесс называния предметов, завершения предложений и возрос показатель беглости речи [39]. H. Cho и соавт. [40] с помощью обучения нейробиоуправлению изучили изменения зрительного восприятия у пациентов, перенесших инсульт. Двадцать семь пациентов с инсультом были случайным образом распределены в основную и контрольную группы. В результате исследования было отмечено, что тренировка ИМК более эффективна для повышения концентрации внимания и изменения зрительного восприятия, чем традиционная терапия [40]. S. Kober и соавт. [41] оценили влияние тренировки нейробиоуправления на основе альфа-ритма на когнитивные функции у постинсультных больных. Пациенты, перенесшие инсульт, имели статистически значимое улучшение показателей функций памяти после успешной тренировки ИМК по сравнению с исходным уровнем [41].

Результаты многолетних исследований, проведенных в неврологическом отделении ГБУЗ МО МОНИКИ, где исходно при планировании научной работы была поставлена цель проведения анализа состояния высших психических функций, отмечали статистически значимо лучшие достижения в виде улучшения памяти, внимания, зрительно-конструктивных навыков у пациентов при лечении с использованием технологии ИМК, по сравнению с группой контроля, получавшей стандартную терапию. Авторы продемонстрировали безусловную значимость предложенных тренингов как перспективного направления нейрореабилитации, повышающего эффективность проводимых мероприятий, приводящих не только к реорганизации сенсомоторного анализатора, но и к восстановлению интегративной деятельности мозга [42]. В исследовании R. Mohanty и соавт. [43] проанализированы результаты лечения 20 пациентов в позднем восстановительном периоде инсульта со стойкими двигательными нарушениями верхних конечностей, которые прошли тренировку с использованием устройства ИМК с нейробиоуправлением. Авторы отмечают, что полученные ими результаты могут предоставить новые доказательства, подтверждающие потенциальную клиническую пользу терапии ИМК при нейрореабилитации после инсульта, способствуя не только восстановлению моторики, но и реорганизации других сетей мозга, в частности структур немоторных областей, изменяя активность мозга, представляя собой определенную форму эндогенной нейромодуляции. Изменяя активность мозга, терапия на основе ИМК может вызвать восстановление его функций [43].

Восстановление самого по себе движения еще не означает восстановления возможности к самостоятельному обслуживанию, что очень важно в организации повседневной жизни, бытовой активности, профессиональной деятельности, досуга и определяет цель проведения мероприятий медицинской реабилитации. Поэтому внимание мировых исследователей в области медицинской реабилитации направлено на поиски новых решений, расширяя спектр возможностей применения технологии, позволяя достичь расширения дееспособности пациента и повышения качества его жизни. ИМК все более используются не только для моторного восстановления, но в ходе реабилитационного процесса ставятся и более глобальные задачи, включая наряду с коррекцией двигательного дефицита также улучшение психического состояния больного, его адаптации в окружающем пространстве, облегчение процесса коммуникации. S. Kleih и соавт. [44] отметили, что на фоне тренировок с использованием ИМК наблюдаются значительные улучшения одновременно в нескольких доменах когнитивной деятельности, включая не только память, внимание, зрительно-конструктивные навыки, но и, например, речевой функции. В представленное исследование была включена небольшая выборка из 5 пациентов с постинсультными афатическими нарушениями, тем не менее по оценке полученных результатов было отмечено, что в нейрореабилитации может успешно использоваться ИМК на основе P300, имея значительную перспективу, учитывая интегративные процессы, протекающие в восстановительном периоде инсульта, вовлекающие ресурсы не только памяти, но и, например, внимания, мышления, зрительно-конструктивных навыков, играющих важную роль в вербальном контакте, обработке речевой продукции [44].

M. Musso и соавт. [45] также опубликовали данные о полученной статистически значимой положительной динамике в ходе лечения 10 больных с ишемическим инсультом и афазией. Во время тренинга пациенты выполняли простую задачу обнаружения слов-мишеней на слух во время регистрации их электроэнцефалограммы, декодирование сигналов моделями компьютерного обучения генерировало немедленную биологическую обратную связь, показывая пациентам, насколько хорошо они справляются с заданием, тренируя не только формирование речи, артикуляционное планирование и исполнение, но и консолидацию памяти, концентрацию внимания, исполнительные функции. По данным авторов, предлагаемый подход к обучению на основе ИМК привел к значительному улучшению речевой функции независимо от исходной тяжести афазии [45]. Данное исследование представляет новую перспективную методику обучения для реабилитации пациентов с афазией, основанную на системе ИМК, хотя, по мнению Q. Wu и соавт. [46], наличие именно афазии наряду с выраженной спастичностью в паретичной руке идентифицируется как независимые факторы риска неадекватного функционального восстановления у пациентов с инсультом после проведенного лечения с применением ИМК с визуализацией движений [46]. В свою очередь, по мнению R. Mane и соавт. [47], способствуя восстановлению нейронов в поврежденных сетях мозга, системы ИМК также добились многообещающих результатов в восстановлении не только постинсультных двигательных, когнитивных, но и речевых нарушений [47].

Заключение

Таким образом, в настоящее время активно развиваются высокотехнологичные методы, основанные на регистрации и распознавании биоэлектрической активности головного мозга, связанной с намерением осуществить действие и преобразованием ее в сигналы биологической обратной связи и/или команды управления внешним устройством. Несмотря на то что использование данной технологии при ПИКН является достаточно новым направлением нейрореабилитации, в отличие от восстановительных мероприятий с использованием ИМК для коррекции двигательных нарушений, она уже набирает все больше положительных отзывов, заключений экспертов, свидетельствующих об эффективности применения у пациентов с инсультом. Результаты проведенных исследований показывают, что применение ИМК имеет потенциал, направленный, с одной стороны, на расширение возможности идентифицировать, классифицировать и извлекать информацию, расшифровывать намерения пациентов, а с другой — в возможности нейробиоуправления входит важнейшая функция, определяющая перспективу мультимодального лечебного воздействия, связанную со стимуляцией процессов нейропластичности, включая восстановление межнейронного взаимодействия, изменение синапсов, улучшение состояния функциональных сетей мозга, регуляцию межполушарных связей, реорганизацию корковых процессов, что может иметь возможность благоприятного влияния на состояние когнитивных функций.

Безусловно, существует необходимость планирования и проведения дополнительных клинических исследований соответствующего методологического уровня, так как имеющаяся на сегодняшний день информация основывается в основном на небольших выборках и краткосрочных наблюдениях за эффективностью применения данной технологии, и до сих пор не хватает крупномасштабных рандомизированных контролируемых исследований, которые могли бы подтвердить эффективность применения ИМК и стойкость лечебного эффекта, в полной мере проанализировать влияние на состояние когнитивного статуса больного, активность повседневной жизни, оценить ее качество.

Необходимо проведение дальнейших исследований, которые включали бы и программы комбинированного применения, например с методиками виртуальной реальности, так называемые модели на основе гибридной виртуальной реальности, другими высокотехнологичными подходами, позволяющими максимально использовать имеющиеся активные каналы воздействия на пациента, включая зрительный, слуховой, кинестетический, что будет способствовать адекватной реорганизации и восстановлению интегративной деятельности мозга после инсульта.

Кроме того, несомненный интерес представляет всестороннее сравнительное изучение возможностей воздействия ИМК, в работе которых используются различные технические решения, включая ИМК на основе компонента P300, зрительных вызванных потенциалов, медленных корковых потенциалов и других применяемых в настоящее время паттернов, на скорость и эффективность восстановления определенных когнитивных доменов, эмоциональное состояние пациентов, активность повседневной жизни и функциональный результат, а также изучение предикторов, определяющих итог реабилитационного лечения. Все вышеперечисленное требует дальнейшего проведения работы в данном направлении.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.