Лидеры научных инноваций: в КФУ помогают детям с ДЦП восстановить функции движения рук

Учёные Крымского федерального университета им. В. И. Вернадского помогают детям с детским церебральным параличом восстановить функции движения рук с помощью комплекса «интерфейс мозг-компьютер – экзоскелет кисти с использованием биологической обратной связи».

О проекте на данную тему рассказывает заведующий кафедрой общей психологии и психофизиологии, профессор кафедры физиологии человека и животных и биофизики Института биохимических технологий, экологии и фармации Владимир Павленко.

В чём суть проекта?

— Наверное, все знают о такой тяжёлой болезни, как детский церебральный паралич (ДЦП). Он выявляется примерно у трёх детей из тысячи. Внешне он проявляется нарушениями движений у ребёнка, например, ему сложно взять какие-то предметы или ходить. Бывают формы ДЦП, при которых поражены только движения рук; бывают формы, когда нарушается движение ног. Это – тяжёлая болезнь, которая плохо излечивается. Причин появления этой болезни много, но обычно они связаны с аномалиями беременности, проблемами при родах, а также травмами в первые годы жизни ребёнка. Лечить эту болезнь пытаются многими способами: и применяют различные препараты, которые улучшают мозговое кровообращение, и вводят инъекции ботулотоксина в мышцы, поскольку бывает патологическая активность мышц, когда ребёнку трудно разжать руку («мышцы-сгибатели» доминируют над «мышцами-разгибателями»). И, наконец, в последнее время появились методы, основанные на интенсивном обучении ребенка различным движениям. Дело в том, что при детском церебральном параличе гибнут клетки в коре головного мозга – те клетки, которые воспринимают информацию от движений и ими управляют. Когда мозг вовлекается в управление движениями, сохранившиеся нервные клетки моторной коры начинают усиленно развиваться. Появляются новые нервные связи, компенсирующие функции погибших нервных клеток, то есть, те нервные клетки, которые сохранились, берут на себя функции погибших нейронов. И при интенсивных физических занятиях эти клетки у ребёнка начинают постепенно восстанавливаться, благодаря тому, что мозг обладает таким свойством, как нейропластичность. Однако часто ребёнку с ДЦП тяжело выполнять даже простейшие движения, поэтому в последнее время были разработаны методы лечения, при которых ребёнок просто представляет (воображает) свои движения. Работы, которые проводились в мире в рамках изучения представления и воображения движений у детей, показали, что уже с пяти лет ребёнок может представить такие движения. Дети с ДЦП также справляются с этой задачей, хотя и хуже, чем здоровые дети.

Впервые применять метод работы с экзоскелетом кисти в нашем университете начали ещё 5-7 лет назад. Первоначально экзоскелет предназначался для работы со взрослыми, перенесшими инсульт. Однако наши коллеги из Медицинского института поняли, что его можно применять и в работе с детьми. Тогда были получены первые положительные результаты, мы продолжили исследования, и в 2019 году выиграли мегагрант, направленный на разработку нового, более совершенного и портативного экзоскелета. Мы вели работу совместно с крупной организацией «Андроидная техника», а сейчас продолжаем эти исследования. За последние 5-7 лет лечение по данной методике прошли уже больше двухсот детей.

Наши исследования проводятся в университете на базе Научно-клинического центра физической реабилитации, а также на базе санатория «Чайка» в Евпатории. Я, например, отвечаю за направление, связанное с регистрацией и обработкой энцефалограммы. Есть группа, которая занимается изучением биохимических компонентов крови у ребёнка; группа, отвечающая за разработку новых компьютерных программ, а также группа, которая занимается изучением психологических аспектов. Это – сложное междисциплинарное исследование. В работе задействованы десять человек, и среди них – студенты и аспиранты.

Что конкретно включает методика лечения ДЦП с применением экзоскелета кисти?

— Задача ребёнка – воображать движение. Например, он представляет, как выпускает из руки маленький мячик, роняет его, разжимая руку. Даже если ребёнок не может такое движение выполнить, он его представляет, сидя в кресле в надетых на руки перчатках экзоскелета кисти. Сначала мы пробовали разные варианты движений, но самым удобным всё-таки оказалось представлять сжимание и разжимание кисти. При этом мы отводим у ребёнка энцефалограмму, которую обрабатывает компьютер в программе-классификаторе. Она позволяет выявить образ движения, созданный в мозге у ребёнка. Если ребёнок правильно представил себе движение, то срабатывает экзоскелет кисти, и рука ребёнка разжимается с помощью перчатки, в которой она находится. Сигналы на экране перед ребёнком показывают, что он правильно представил движение.

Мы обнаружили, что, когда дети проходят такие тренинги в течение месяца (обычно несколько занятий в неделю) вместе с санаторно-курортным лечением, у них заметно улучшается координация движений, растёт способность к самообслуживанию. Причём результаты лучше, чем у тех детей, которые проходят только традиционное санаторно-курортное лечение.

Помимо того, что у детей улучшаются движения рук, мы выявили и некоторые другие интересные эффекты. Например, для меня, как для человека, работающего в области психофизиологии, самым интересным было то, что у детей одновременно улучшается речь. Известно, что развивать мелкую моторику нужно, чтобы развивать хорошую речь у детей, но всё это имеет лишь косвенные подтверждения. И мы действительно обнаружили, что когда у детей улучшается способность владеть руками, проводить манипуляции с предметами, у них улучшается и произношение слов. Родители рассказывали, что ребёнок, который до пяти лет вообще не говорил ни одного слова, впервые заговорил после того, как прошёл наши тренинги.

Что представляет собой экзоскелет кисти?

— Установка включает в себя нейроинтерфейс – устройство, которое отводит и обрабатывает энцефалограмму ребенка, и экзоскелет кисти. Сейчас установка представляет собой громоздкое большое кресло с двумя экзоскелетами кисти, рукавичками, в которые ребёнок вкладывает кисти рук. Новые установки, которые только начинают выпускать, представляют из себя небольшие устройства, которые просто крепятся к столу. Я уверен, что эти установки будут производиться всё более широко. И в ближайшее время в рамках проекта мы закупим новую установку, в том числе новый энцефалограф, который позволит работать с ребёнком и по беспроводным каналам.

Насколько востребовано это исследование в Крыму и России?

— Я уже говорил о том, что примерно три ребёнка из тысячи страдают этим заболеванием. Если взять население Симферополя, то примерно две тысячи человек в городе имеют диагноз ДЦП. Среди них есть и дети, и взрослые. Понятно, что работать особенно важно с детьми, поскольку детский мозг пластичен, и мы можем перестроить его работу. Со взрослыми работать тяжелее, хотя они и легче понимают все инструкции, легче представляют движения.

Кроме того, в Крым на лечение приезжает много детей с такой патологией, поэтому нам, как говорится, сам Бог велел работать в этой области.