Реабилитация после инсульта: как работает инновационная технология

Как роботы заменяют квалифицированный медперсонал? Что помогает восстановить утраченные нейронные связи между мозгом и ногами? Какую роль в реабилитации играют очки виртуальной реальности? И возможна ли регенерация спинного мозга, узнаем в программе «[Не]Фантастика». Ее гость – сотрудник центра нейробиологии и нейрореабилитации им. В. Зельмана Сколтеха, один из разработчиков уникального реабилитационного комплекса, благодаря которому парализованные пациенты смогут снова начать ходить, Иван Ниненко.

- Поправьте меня, если я не прав, но благодаря именно вашим разработкам, разработкам вашей лаборатории, института…

Иван Ниненко: Института, потому что у нас несколько лабораторий участвует.

- И появляется уникальный комплекс, который позволяет восстановить функции и реабилитировать человека после тяжелых травм. И аналогов у этого комплекса в мире на сегодня нет?

Иван Ниненко: Да, для ног, для нижних конечностей, как мы называем в более научной терминологии, аналогов сейчас нет. Есть аналоги для рук, но такого типа для ног нет. Есть намного более сложные установки, которые заставляют человека ходить в подвешенном состоянии.

- Многие видели, в том числе в художественных фильмах, как он идет, опираясь на параллельные брусья, подвешенный, и учится переставлять ноги…

Иван Ниненко: Да, это требует отдельной лаборатории, где он подвешен, это очень сложно реализовать в медицинских учреждениях. То, что мы делаем, мы планируем, что это будет более мобильно, это можно будет ставить в медицинских учреждениях. И проводить реабилитацию там, где люди проходят лечение. Там электропроводящий гель. Ток-то проходит внутри черепа, а нам нужно, чтобы мы могли его считывать с поверхности.

Чудо-шапочка на месте, гель нанесен. Можно запускать. Над созданием уникального комплекса по реабилитации пациентов, утративших возможность ходить, работали несколько лабораторий Сколтеха. Нипун Вераккоди три месяца разрабатывал программу для робота, управляющего ногой пациента. По словам коллег, добился совершенства. Теперь робот может легко заменить квалифицированную медсестру, готов работать круглосуточно и помочь тысячам пациентов.

«Очень сложно было научить робота двигаться, как человека. Это очень сложная задача», – рассказал исследователь лаборатории интеллектуальной и космической робототехники Сколтеха Нипун Вераккоди.

Но сам по себе даже самый совершенный робот не поможет пациенту восстановить утраченные нейронные связи между головой и ногами. Другое дело, если с помощью компьютера соединить мозг с ногами.

«Моя задача в этом проекте – синхронизировать мозг человека с нашим программным обеспечением. Есть определенные трудности, но это уже возможно», – поделился ведущий инженер центра нейробиологии и нейрореабилитации им. В. Зельмана Сколтеха Максим Егоров.

- Чтобы все паззлы сложились, остается только перенести пациента в виртуальную реальность, где нога приводится в движение не роботом, а обычным волевым усилием.

Иван Ниненко: Мы пишем электроэнцефалограмму с мозга, и мы видим, когда пациент фокусируется на целом, чтобы в этот момент инициировать движение робота. Чтобы, когда человек думает о том, что он хочет подвинуть ногой к какой-то цели, в этот момент робот это делал бы его ногой. Это очень важно, чтоб человек сфокусировался на движении. И в этот момент его мышцы начинают двигаться с помощью робота.

- Я правильно понимаю, что вы работаете именно с теми случаями, когда по каким-то причинам импульс от мозга не проходит к нижним конечностям? Будь то последствия инсульта или какой-то травмы спинного мозга?

Иван Ниненко: Абсолютно верно. И когда прерван этот сигнал. И вы правильно сказали, два варианта, с которыми мы работаем, – это инсульт и травма спинного мозга.

- Более пяти миллионов человек в мире страдают от разной формы параличей. 34% случаев спровоцированы инсультами. 24% связаны с повреждением спинного мозга. После паралича, вызванного инсультом, только 15% пациентов проходят реабилитацию и снова встают на ноги.

Я конечно не медик, но хочется уточнить. Инсульт – это поражение нервной системы, но нервы целы. А травма спинного мозга на много лет. Рассказывали, и я это помню из медицинских и из научно-популярных передач, что при повреждении спинного мозга идет разрыв волокон и все, это не восстанавливается. Вы сумели добиться регенерации спинного мозга или что-то другое здесь работает?

Иван Ниненко: У человека, правда, есть возможность восстановить спинной мозг. Это показано сейчас на некоторых исследованиях, связанных с руками, и на животных моделях. Но вы абсолютно верно отмечаете, что там происходит разрыв. Задача нашей установки – сделать так, чтобы остатки нейронов работали синхронно. Чтобы сигнал сверху, от головы человека, от центральной нервной системы, шел по спинному мозгу. И чтобы одновременно с этим двигалась нога, и сигнал работал в остаточных нейронах. Это приводит к тому, что новые соединения вырастают в тех местах, где был разрыв.

- Комплекс, который вы разработали, состоит из нескольких компонен тов. Это робот, который помогает, это уникальное программное обеспечение, которое написано у вас, нигде больше этого нет, и очки виртуальной реальности. VR-очки-то здесь зачем?

Иван Ниненко: В виаре человек видит, как движется его нога, и он видит цель, к которой он хочет подвинуть ногой. В этом, наверное, и заключается основная, значимая часть этой идеи. Как раз над которой работает Михаил Альбертович Лебедев, это то, что мы не двигаемся просто так. Мы двигаемся к какой-то цели. И здесь тоже ногой человек хочет подвинутся к какой-то цели. И в виртуальной реальности мы даем ему цель, к которой он хочет двинуть ногой. И мы регистрируем этот сигнал уже дальше, с поверхности головы, и синхронизируем движение робота, который движет ногой человека, и виртуальной картинкой, где человек видит, что нога движется сама, без робота. При этом возникает для мозга иллюзия, что он движет ей.

Там есть еще такая тонкость: когда мы разрабатывали это движение с доктором, чтобы движение было правильное и включало в себя именно те изгибы ноги и воздействовало на те мышцы, которые надо восстановить. Потому что иначе человек может восстановить не те мышцы, мы с этим тоже регулярно сталкиваемся в реабилитационной практике.

Человеческий мозг управляет движением ног, сокращая или расслабляя несколько мышц. За передачу команд от головы к мышцам отвечают нейроны. При соединении друг с другом с помощью химических и электрических сигналов нейроны образуют сети. Разрыв устойчивой нейронной сети из-за инсульта или травмы позвоночника приводит к параличу. Излечение от паралича возможно благодаря нейропластичности – способности мозга устанавливать новые связи между нейронами, разрушать ненужные и восстанавливать утраченные после повреждения.

- У каждого есть свои особенности. И, соответственно, надо каждый раз настраивать под нового человека?

Иван Ниненко: Да, это так. Сейчас это занимает, наверное, полчаса, чтобы настроить это под человека.

- Всего-то?

Иван Ниненко: Но мы хотим, чтобы это было еще быстрее.

- А, чтобы надели шлем VR-реальности со встроенным энцефаллографом, подключили робота и все, поехали?

Иван Ниненко: Ну нет, там все равно нужно сделать первое движение, чтобы натренировать электроэнцефаллограф, где нейросетка должна выделять его желание двигаться из статичного сигнала или двигаться к одной из трех целей. У нас сейчас будет три цели, к которым он движется. Надо понять, а какой он больше хочет двигаться. И для того, чтобы робот настроился на длину ноги. Потому что у разных людей она разная.

- Конечно, у разных людей разный рост, и разные траектории движения получаются.

Иван Ниненко: Там плюс-минус. Сейчас настроено несколько траекторий. Мы, конечно, будем обогащать.

- Не знаю, как вы, у нас в детстве была такая игра с мячиком – «Верю-не верю». Здесь у нас немножко проще, «правда-неправда», я буду задавать вопрос, бросать вам мяч. Вы ловите, отвечаете на вопрос, возвращаете мяч мне. Сыграем?

Иван Ниненко: Ну давайте попробуем.

- Правда ли, что современные нейросети уже сегодня могут четко прочитывать сигнал от мозга на сокращение той или иной мышцы для движения той или иной конечности?

Иван Ниненко: Каждую мышцу, наверное, нет, но в целом желание двигать ногой считать точно может.

- Правда ли, что современная нейросеть может по сигналам мозга распознать эмоцию человека: гнев, радость, веселье, печаль?

Иван Ниненко: Точно можно распознать эмоциональное состояние, возбужден или спокоен. А вот гнев это или радость, скорее всего, мы не сможем определить, во всяком случае, по умолчанию у каждого человека.

- Ну и вопрос, который, наверное, волнует многих моих коллег. Неоднократно говорилось, что современные нейросети могут заменить, например, журналиста, который пишет тексты. Правда это или нет?

Иван Ниненко: Здесь смотря какого журналиста. Нейросеть точно может генерить текст на основе предложенного.

- Вернемся к тому комплексу, над которым вы долго работали, комплексу по реабилитации. В том виде, в котором он существует сейчас, это окончательный вариант? Потому что вы сказали, что собираетесь выходить на клинические испытания, когда уже совсем большое количество пациентов будет участвовать, насколько я понимаю. Это уже окончательный вариант или будете еще модернизировать?

Иван Ниненко: Будем, конечно, еще модернизировать. Но надо понимать, что конкретно на этот комплекс мы получили грант РГНФ – Российского гуманитарного научного фонда, и начали работать над разработкой комплекса в этом году. И это именно прикладные результаты этого года. На самом деле, много элементов, где мы можем работать. И над тем, как робот держит ногу. И в следующем году наша задача – разработать, как я уже говорил, адаптацию к разным ногам, чтобы это происходило быстро. Потому что, когда мы пойдем в клинику, мы не можем полчаса на пациенте настраивать, там нет такой возможности.

- Но вы уже представляете, как будет выглядеть окончательный вариант?

Иван Ниненко: В целом, со стороны он не будет сильно отличаться. Вопрос в самом роботе. Мы используем этот робот или будем искать какие-то аналоги.

- Или делать специально под него своего?

Иван Ниненко: Это тоже вариант, делать своего робота. Потому что возможности того робота, которого мы сейчас используем, намного больше, чем просто двигать ногой.

- Но все – таки задам еще один вопрос. То, что вы сейчас делаете, – это сигнал мозга считывается бесконтактным способом, не инвазивными, с поверхности головы. А как вы относитесь к идее о том, что мозг можно напрямую подключить к компьютеру с помощью проводов?

Иван Ниненко: Мне это не очень нравится, хотя мы с таким работаем. Но только когда это по-другому невозможно излечить. Потому что мозг отвергает лишние провода.