Восстановление имеющегося неврологического дефицита у пациентов после перенесенного церебрального инсульта (ЦИ) является важной проблемой в медицинской реабилитации. Нарушение когнитивных функций (КФ), развивающееся более чем у 50%, а по некоторым данным, у 75% постинсультных больных, приводит к снижению активности в повседневной жизни, что в свою очередь снижает качество жизни. В настоящее время активно разрабатываются и внедряются реабилитационные устройства с использованием инновационных технологий, направленные на повышение эффективности реабилитационного процесса [1, 2].

Разработка и внедрение компьютерных интерфейсов является интересной и быстроразвивающейся отраслью. Более часто применяются неинвазивные интерфейсы на основе регистрации электроэнцефалограммы (ЭЭГ) [3—5], магнитоэнцефалограммы (МЭГ) [6], функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) [7] или спектроскопии в ближней инфракрасной области [8, 9]. Реже используются инвазивные интерфейсы, в которых активность головного мозга определяется с использованием вживляемых в ткань мозга микроэлектродов для отведения биоэлектрической активности коры головного мозга (электрокортикограммы). Также имеются комбинированные (гибридные) интерфейсы «мозг—компьютер» (ИМК), способные одновременно регистрировать как биоэлектрическую активность головного мозга, так и показатели гемодинамики, возникающие вследствие изменения уровня метаболизма при повышении (или снижении) функциональной деятельности отделов мозга [9, 10]. Применение именно ЭЭГ-сигналов связано с более легкой оценкой результатов, простотой в использовании и меньшей стоимостью. При работе с ИМК, основанных на регистрации ЭЭГ, в качестве сигнала обратной связи для ИМК используют различные показатели активности головного мозга — зрительные вызванные потенциалы, потенциал P300, медленные корковые потенциалы, паттерны ЭЭГ.

Одним из видов неинвазивного интерфейса, основанного на регистрации ЭЭГ, является нейроинтерфейс «мозг—компьютер» + экзоскелет кисти (НМКЭ) — «Экзокисть-2», осуществляющий контроль за воображением движения на основе регистрации биологической активности мозга при помощи изменения амплитуды корковых мю-ритмов. Трансформацию мощности корковых ритмов обозначают как «десинхронизацию/синхронизацию, связанные с событием». При выполнении произвольного движения кистью возникает кратковременное (до нескольких секунд) уменьшение амплитуды ритма в диапазоне 8—14 Гц, регистрируемого над первичной моторной корой. Это снижение мощности ритмов над сенсомоторными областями, предваряющее произвольное движение, трактуется как подготовка к выполнению движения (десинхронизация, связанная с событием, event-related desynchronization (ERD)) [11, 12]. В процессе реабилитационной процедуры осуществляется также активация кинестетической и зрительной биологической обратной связи (БОС). В отечественных и зарубежных исследованиях неоднократно демонстрировалась эффективность применения НМКЭ в восстановлении двигательной функции верхней конечности [13—15]. Однако интересной и практически важной является задача определения места НМКЭ в восстановлении КФ [16].

Другой разновидностью является ИМК, основанный на анализе потенциала P300 при активации зрительной обратной связи. Потенциал P300 является положительным отклонением ЭЭГ, возникающим примерно через 300 мс после появления соответствующего стимула или цели. Визуальная орфографическая среда в таких интерфейсах обычно организована в виде матрицы (например — 6×6), строки и столбцы которой во время работы системы подсвечиваются в псевдослучайном порядке. Целевым стимулом при этом является выбираемая буква, а нецелевые стимулы должны игнорироваться пользователем. ИМК обнаруживает реакцию P300 на целевой стимул, отображает целевую букву на экране компьютера, что позволяет осуществлять коммуникацию [17, 18]. Благодаря таким ИМК пациент может быстро обучиться выбирать необходимые буквы для составления слов, а далее — текста, при поочередной подсветке букв на экране монитора. В настоящее время ведутся отечественные исследования по применению данного ИМК в восстановлении речи у пациентов с постинсультной афазией [19, 20].

Использование технологий ИМК имеет ряд преимуществ в реабилитационном лечении, что связано с активным взаимодействием врача и пациента, его вовлечением в реабилитационный процесс и повышением мотивации самого пациента в достижении реабилитационной цели. Необходимо отметить, в основе ИМК лежит механизм БОС, который вносит вклад в эффективность путем контроля активности самим пациентом лечебного процесса, прорабатывая возникающие в процессе ошибки, в результате происходит реорганизация неокортекса, активация нейронных связей и когнитивного контроля [21, 22].

Цель исследования — изучение эффективности применения технологий ИМК и когнитивных тренингов с использованием компьютерных технологий в восстановлении КФ у пациентов после ЦИ.

Материал и методы

В исследовании принимали участие 34 пациента (средний возраст 59,3±10,8 года), проходивших реабилитационно-восстановительное лечение в условиях неврологического отделения ГБУЗ МО «МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского» с ЦИ с давностью от 1 мес до 1,5 лет от момента развития заболевания, в среднем 5,1±4,7 мес. У 31 пациента был диагностирован ишемический инсульт, у 3 — геморрагический.

Критерии включения: праворукость; наличие постинсультных легких и умеренных когнитивных нарушений (от 27 до 24 баллов по краткой шкале оценки психического статуса — MMSE); наличие очага нарушения мозгового кровообращения по данным нейровизуализации (КТ/МРТ головного мозга).

Критерии невключения: выраженные когнитивные нарушения (по MMSE ≤23 баллов); клинически выраженное тревожное и/или депрессивное расстройство (11 и более баллов по госпитальной шкале тревоги и депрессии — HADS); леворукость; сенсорная афазия, грубая моторная афазия (по коммуникационной шкале Гудгласса—Каплана от 3 баллов и выше); соматическая патология в стадии декомпенсации; тяжесть состояния, не позволяющая пациенту самостоятельно передвигаться; эпилепсия; патология зрения и слуха, препятствующая проведению занятий.

Критерии исключения: отказ пациента от участия в исследовании; нарушение пациентом протокола.

Пациенты были разделены на 3 группы в соответствии с получаемой реабилитационной программой. В раннем восстановительном периоде инсульта (до 6 мес) в 1-й и 2-й группах было по 8 пациентов, в 3-й группе — 9 пациентов. В позднем восстановительном периоде (более 6 мес) в 1-й и 3-й группах было по 2 пациента, во 2-й группе — 5 пациентов.

Пациенты всех трех групп перед началом лечения были сопоставимы по основным демографическим и клинико-метрическим показателям, в том числе по модифицированной шкале Рэнкина (mRS) и индексу Бартел (BI) (табл. 1). Для оценки эффективности лечения пациентам было проведено обследование с использованием оценочных клинических шкал в динамике (до начала и по окончании лечения): запоминание слов по методике А.Р. Лурия запоминания 10 слов, Монреальская шкала оценки когнитивных функций (MoCA), тест рисования часов (CDT) [23] (см. табл. 1). Для невключения в исследование лиц с выраженными когнитивными и эмоционально-аффективными нарушениями в качестве скрининга использовали HADS и MMSE. Необходимо отметить, что при сравнении результатов обследования трех групп по критерию Краскела—Уиллиса выявлено бóльшее значение депрессии по HADS во 2-й группе в сравнении с двумя другими (p<0,05), однако значения не выходили за пределы референсных и не противоречили критериям невключения. Возможно, это связано с тем, что во 2-й группе, по сравнению с двумя другими, увеличена давность перенесенного инсульта, но статистически значимой разницы не получено (p>0,05).

Таблица 1. Демографические и клинико-метрические показатели пациентов, включенных в исследование

Пациенты 1-й группы получали тренинги на комплексе «Нейрочат» (ИМК с БОС по потенциалу P300) и методы стандартной восстановительной терапии (лечебная физкультура (ЛФК), физиотерапевтические процедуры, занятия с логопедом-нейропсихологом). Пациент во время занятия находился перед монитором персонального компьютера, с установленной гарнитурой, которая регистрировала ЭЭГ паттерн P300, преимущественно в затылочных отведениях. Паттерн P300 возникал при предъявлении визуального стимула. Визуальными стимулами являлись случайно выбранные ячейки, которые подсвечивались с заданной частотой. Задачей пациента было ментально реагировать на предъявляемые стимулы. Во время занятия на экране пациенту представлялись следующие упражнения: нахождение парных изображений, набор текста на виртуальной клавиатуре, выбор отдельных слов или словосочетаний как ответ на представляемый вопрос. При «правильном» реагировании значение ячейки выводилось в строке наверху экрана при наборе текста; при нахождении верной пары изображений они исчезали с экрана; при правильном выборе ответа — переход на следующий блок вопросов; таким образом, осуществлялась БОС. На первых занятиях происходила процедура ознакомления с программным обеспечением «Нейрочат» в игровой форме. При этом на первых 2 уровнях ознакомления были представлены только изображения, которые подсвечивались с меньшей частотой, а на 3—5-м уровнях — русский алфавит с увеличивающейся частотой подсветки ячеек. После завершения обучения пациент переходил к выполнению одного из заданий. Курс тренингов составлял 8—10 занятий, длительность — от 15 до 30 мин.

Пациентам 2-й группы проводились занятия на комплексе «Экзокисть-2» (НМКЭ с БОС) и методы стандартной восстановительной терапии. Работа комплекса «Экзокисть-2» основана на анализе паттернов ЭЭГ-сигнала, возникающего при кинестетическом воображении движения кисти. Во время проведения процедуры пациент располагался в специальном кресле на расстоянии 1,5 м от экрана монитора. На волосистую часть головы надевалась ЭЭГ-шапочка, руки фиксировались в экзоскелете. Пациенту представлялась задача на экране монитора с периодичностью в 10 с на воображение раскрытия правой или левой кисти и процесс расслабления. Задача на воображение движения представлялась в виде 3-х меняющих цвет стрелок на экране, при этом изменение цвета стрелок происходило попеременно. Синий цвет обозначал команду «приготовиться», зеленый — «вообразить движение». Изменение цвета левой стрелки говорило, что следует вообразить раскрытие левой кисти, правой — вообразить раскрытие правой кисти, стрелка вверху по середине — команда на расслабление. Для фиксации взора пациента в центре экрана имелся круг, изменение цвета которого обозначало успешное выполнение задания. Во время проведения процедуры поступившие в результате воображения движения сигналы к экзоскелету активировали приводы устройства для сгибания и разгибания кисти, тем самым образуя дополнительный канал БОС. Курс составлял 8—10 занятий, одно занятие включало 3 цикла (продолжительность одного цикла 10 мин).

Пациентам 3-й группы проводились стандартная восстановительная терапия и когнитивные тренировки по стандартным программам с использованием компьютерных технологий и наглядного материала («Нейроника»). Такие когнитивные тренинги были направлены на тренировку исполнительных функций, внимания, конструктивно-пространственного мышления, памяти. Длительность тренингов — от 15 до 30 мин ежедневно, курс включал 8—10 занятий.

Проведение исследования было одобрено на заседании локального Этического комитета от 14.01.2021, протокол №1.

Статистический анализ данных проводился с применением программы Statistica 10.0. Данные представлены в формате: медиана и квартили — Me [Q₁; Q₃]. Определение статистической значимости различий до и после лечения проводилось с помощью непараметрического критерия Уилкоксона. Для оценки статистической сопоставимости трех независимых групп использовали критерий Краскела—Уоллиса. Для оценки статистической сопоставимости двух независимых групп использовали критерий Манна—Уитни. Статистически значимыми различия считались при p<0,05.

Результаты

В результате проведенного лечения при нейропсихологическом тестировании по шкале MoCA у пациентов трех групп было отмечено статистически значимое улучшение показателей. После курса реабилитации в 1-й группе выявлено увеличение общего балла с 23 [22; 24] до 24,5 [23; 27] (p=0,009); согласно анализу отдельных доменов MoCA, улучшение показателей отмечено, преимущественно вследствие улучшения отсроченного воспроизведения, по которому динамика получена с 3 [1; 3] до 4 [3; 4] (p=0,049). Во 2-й группе согласно доменам MoCA было отмечено статистически значимое улучшение речевой функции (p=0,018). Также была отмечена тенденция к улучшению при отстроченном воспроизведении слов с 2 [1; 3] до 3 [1; 3] (p=0,093). В свою очередь общий балл по MoCA статистически значимо улучшился с 24 [21; 25] до 25 [24; 27] (p=0,003). В 3-й группе отмечено также статистически значимое улучшение показателей общего балла с 21 [20; 26] до 26 [22; 27] (p=0,028), преимущественно в результате улучшения отсроченного воспроизведения слов — динамика с 0 [0; 2] до 3 [2; 3] (p=0,027). По другим доменам MoCA, таким как зрительно-конструктивные навыки/исполнительные функции, называние, внимание, абстракция, ориентация, во всех трех группах статистически значимых изменений выявлено не было. При сравнении динамики показателя (∆) по MoCA в трех группах критерий Краскела—Уоллиса составил p>0,05.

Статистически значимая динамика показателей по CDT отмечена только во 2-й группе, в которой пациентам проводились занятия на ИМК совместно с экзоскелетом кисти на основе кинестетического воображения движения руки (p=0,018). При сравнении динамики показателя Δ по CDT в трех группах критерий Краскела—Уоллиса составил p=0,05. CDT в настоящее время является популярной и общепринятой в клинической практике нейропсихологической методикой в связи с простотой выполнения и информативностью в отношении выявления изменения конструктивного праксиса [23]. Также, согласно данным I. Cova и соавт. [24], CDT может использоваться в качестве предиктора снижения КФ у пациентов после инсульта.

Использование методики А.Р. Лурия запоминания 10 слов направлено на выявление неспецифических мнестических нарушений, возникающих как при недостаточности запоминания, так и при дефиците воспроизведения. Во всех трех группах было отмечено улучшение показателей на фоне проводимого реабилитационного лечения, однако замечены некоторые особенности полученных результатов. Так, в 1-й группе статистически значимая динамика показателей была отмечена при 2-й, 4-й и с 6-й по 10-ю попытки воспроизведения слов. Во 2-й группе отмечена статистически значимая динамика показателей при 1—3-й и 5-й попытках воспроизведения слов, тогда как при 6—10-й попытках определялась только тенденция к улучшению мнестических показателей. В 3-й группе статистически значимая динамика показателей отмечена при 1—5-й попытках, а при 6-й — только тенденция к улучшению (табл. 2).

Таблица 2. Динамика показателей памяти с использованием теста запоминания 10 слов у пациентов исследования

Примечание. * — статистически значимо отличающиеся показатели до и после курса реабилитации.

Таким образом, по результатам тестирования по MoCA, улучшение отмечено у пациентов всех трех групп, преимущественно вследствие улучшения памяти, однако во 2-й группе наблюдалось также улучшение речи. Полученные данные по тесту запоминания 10 слов по А.Р. Лурия также свидетельствуют о лучших результатах у пациентов на фоне использования ИМК с БОС, а не стандартных компьютерных тренингов. По CDT, демонстрирующего динамику конструктивного праксиса, только у пациентов 2-й группы отмечалось статистически значимое улучшение результатов, что, вероятно, связано с особенностями мнестических тренировок, направленных на стимуляцию кинестетического воображения, вовлечением в процесс выполнения обширных корковых лобно-теменных зон обоих полушарий (как ранее нами было показано [21]) и повышенной интенсивностью интеллектуальной нагрузки.

Обсуждение

Полученные нами результаты соотносятся с данными других исследователей, ведущих работы в области когнитивной реабилитации и технологий с использованием нейроинтерфейсов.

Так, J. Gomez-Pilar и соавт. [25] опубликовали данные о значительном улучшении четырех КФ после выполнения пяти сеансов тренировки нейробиоуправления с помощью ИМК на основе воображения движения: зрительно-пространственной, устной речи, памяти и интеллектуальной функции. С.В. Прокопенко и соавт. [26, 27] привели данные, что нейропсихологические компьютерные тренинги эффективны в восстановлении постинсультных когнитивных нарушений по сравнению с традиционным лечением и обычными развлекательными компьютерными играми. S. Jirayucharoensak и соавт. [5] изучили эффективность игровой системы нейробиоуправления с целью улучшения КФ у пациентов с легкими когнитивными амнестическими нарушениями и здоровых пожилых лиц, в результате чего было достигнуто улучшение пространственной рабочей памяти и внимания. Отмечено, что применение программ когнитивной тренировки и у пожилых лиц без постинсультных изменений улучшает КФ и повседневную активность [28].

Естественно, что процесс изучения специфичности воздействия имеющихся в арсенале врача ИМК на отдельные когнитивные домены и КФ в целом только начат. Даже это небольшое исследование показало некоторые различия в воздействии двух видов ИМК на процессы восстановления. Очевидно, для достижения наибольшей эффективности различных методов когнитивной реабилитации необходимо определение целевых групп, учет индивидуальных черт пациентов, включая характеристики дефекта, локализацию и объем очага инсульта.

Для иллюстрации приводим следующее наблюдение. Данный пациент получил два курса занятий с использованием различных ИМК с БОС, причем, несмотря на то что оба курса дали положительные результаты, зафиксированные после них изменения КФ были различными, что вероятно, отражает особенности воздействия двух использованных нейроинтерфейсов.

Клиническое наблюдение

Пациент Р., 58 лет, проходил 2 курса реабилитационного лечения с интервалом в 7 мес в неврологическом отделении ГБУЗ МО «МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского» с диагнозом «Состояние после перенесенного ишемического инсульта в бассейне правой средней мозговой артерии на фоне атеросклероза сосудов головного мозга, гипертонической болезни. Кардиоэмболический подтип по TOAST. Левосторонний центральный гемипарез с умеренным нарушением функции движения. Легкие когнитивные нарушения. Шкала реабилитационной маршрутизации (ШРМ) 4. Сопутствующая патология: ишемическая болезнь сердца: стенокардия напряжения 2 ФК. Постинфарктный кардиосклероз от 2017 г. (баллонная ангиопластика, стентирование передней межжелудочковой ветви (ПМЖВ) от 2018 г., стентирование левой коронарной артерии (ЛКА)-ПМЖВ, огибающей ветви ЛКА от 2018 г.). Нарушение ритма сердца: фибрилляция предсердий, персистирующая форма. Хроническая сердечная недостаточность 2А 2 ФК. Гипертоническая болезнь 3-й ст., риск ССО 4. Сахарный диабет 2-го типа. Хронический гастрит, ремиссия. Гонартроз 2—3-й ст.».

При поступлении на 1-й курс реабилитационного лечения через 2 мес после инсульта пациент предъявлял жалобы на слабость, затруднение движения в левых конечностях, снижение памяти. Согласно медицинской документации, на КТ головного мозга, проведенной спустя 4 дня от появления симптомов, был выявлен участок кистозно-глиозных изменений в области базальных ядер справа, изменения, характерные для микроангиопатии с мелкими очагами и кистами, смешанная гидроцефалия, атеросклероз.

Общее состояние удовлетворительное. Кожа бледно-розовая, видимые слизистые розовые чистые. Отеков нет. В легких дыхание везикулярное, хрипов нет. Частота дыхательных движений 17 в 1 мин. Тоны сердца приглушены, ритмичны. Артериальное давление 130/80 мм рт.ст. Частота сердечных сокращений 72 удара в 1 мин. Живот при пальпации мягкий, безболезненный. Физиологические отправления в норме.

Неврологический статус перед первым курсом лечения: сознание ясное. Общемозговые и менингеальные симптомы отсутствуют. Черепные нервы без патологии. Двигательная сфера: левосторонний центральный гемипарез (сила мышц в левых руке и ноге 3 балла). Сухожильные и периостальные рефлексы с рук и ног D

При поступлении на 2-й курс реабилитационного лечения через 7 мес пациент предъявлял жалобы на умеренную слабость в левых конечностях. В соматическом статусе без отрицательной динамики. В неврологическом статусе обращает на себя внимание увеличение мышечной силы в левых конечностях до 4 баллов.

Реабилитационная программа была подобрана мультидисциплинарной бригадой (МДБ) в составе врача физической реабилитационной медицины, врача-невролога, врача ЛФК, врача-физиотерапевта, логопеда-нейропсихолога. Перед реабилитационными программами были проведены малонагрузочные функциональные пробы с использованием теста с комфортным апноэ, гипервентиляционной и ортостатической пробами, по результатам которых была получена адекватная реакция. Факторов, ограничивающих проведение реабилитационных мероприятий, выявлено не было. С учетом пожеланий пациента МДБ были определены две реабилитационные цели на предстоящие курсы лечения: запомнить номера телефонов и даты рождения членов семьи, удерживать столовые предметы паретичной рукой во время приема пищи.

Медикаментозное лечение при госпитализациях включало проведение вторичной профилактики инсульта: антигипертензивную, антикоагулянтную, антиагрегантную, гиполипидемическую, гипогликемическую терапию.

Проводимое реабилитационное лечение в 1-й курс лечения: тренинги на основе ИМК с БОС (комплекс «Экзокисть-2»), физиотерапевтические процедуры, групповая и индивидуальная ЛФК, роботизированная механотерапия, занятия с логопедом-нейропсихологом.

Проводимое реабилитационное лечение во 2-й курс лечения: тренинги на основе ИМК с БОС (комплекс «Нейрочат»), физиотерапевтические процедуры, групповая и индивидуальная ЛФК, роботизированная механотерапия, занятия с логопедом-нейропсихологом.

В ходе каждой госпитализации до и после курса лечения проводилось тестирование на запоминание слов по методике А.Р. Лурия, по шкале MoCA и CDT; а также тест оценки функции руки (Action Research Arm Test — ARAT).

По MoCA у пациента Р. наблюдалась отчетливая положительная динамика на протяжении двух курсов реабилитационного лечения. В 1-й курс отмечено повышение общего балла вследствие улучшения зрительно-конструктивных навыков/исполнительных функций, речи и отсроченного воспроизведения, во 2-й курс — по показателю отсроченного воспроизведения (табл. 3). Следует отметить, что снижения показателей по MoCA в период между курсами лечения отмечено не было, что свидетельствует об удержании достигнутого эффекта и имеет важное значение в реабилитационном процессе.

Таблица 3. Динамика показателей по шкале MoCA у пациента Р. (баллы)

По тесту запоминания 10 слов отмечено улучшение кратковременной памяти как после 1-го, так и после 2-го курса реабилитационного лечения с использованием технологий ИМК (см. рисунок).

Динамика показателей памяти с использованием теста запоминания 10 слов у пациента Р.

По CDT у пациента Р. отмечено повышение (с 7 до 8 баллов) результатов оценки на фоне проводимой реабилитации при каждом курсе лечения.

Учитывая, что для достижения одной из целей реабилитации требовалось улучшение движения в паретичной руке, проводилось тестирование по ARAT. Так, после 1-го курса лечения произошло увеличение показателя с 43 до 47 баллов, а после 2-го курса — с 47 до 48 баллов.

В табл. 4 отображены функциональный диагноз по Международной классификации функционирования (МКФ) пациента [29] и его изменения на фоне двух курсов реабилитационного лечения. Отчетливо видно, что удалось снизить степень выраженности нарушений в когнитивной и опорно-двигательной сферах.

Таблица 4. Функциональный диагноз по МКФ у пациента Р.

Данное клиническое наблюдение является достаточно типичным примером восстановления когнитивных нарушений у проходившего комплексную реабилитацию пациента после ЦИ, и, учитывая особенности динамики по клиническим шкалам и МКФ у данного пациента, подтверждается предположение о специфическом воздействии на неврологический дефицит разных технологий ИМК с БОС.

Заключение

Таким образом, применение когнитивных тренингов с использованием компьютерных технологий и разнообразных ИМК с БОС является обоснованным и интересным направлением в реабилитационном лечении с целью восстановления КФ у пациентов после ЦИ. В настоящее время не вызывает сомнения необходимость применения различных общепринятых нейропсихологических методик с использованием визуальных, кинестетических и слуховых стимулов, а также наглядного материала, однако использование высокотехнологичных компьютерных комплексов повышает эффективность лечения и сокращает необходимое время для восстановления утраченных функций.

Анализ полученных данных показал сравнительно бóльший эффект НМКЭ «Экзокисть-2» на восстановление исполнительных, зрительно-пространственных конструктивных навыков и двигательной активности руки, в то время как у ИМК «Нейрочат» бóльшее воздействие было выявлено в отношении внимания, кратковременной памяти и отсроченного воспроизведения. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости продолжения исследований с целью уточнения специфичного воздействия применяемых технологий ИМК с различными модификациями на различные КФ у пациентов после ЦИ, а также определения целевых групп для различных ИМК.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.