Одним из приоритетных направлений среди исследований в области нейрореабилитации является изучение подходов для восстановления функции верхней конечности при постинсультном гемипарезе [1—3]. К базовым методам двигательной реабилитации пациентов с постинсультными двигательными нарушениями относят физические тренировки (комплекс лечебной гимнастики, CI-терапия, упражнения с дополнительным отягощением и противодействием), к дополнительным методам — роботизированную терапию, физиотерапию, высокотехнологичные методы и нефизические методы двигательной реабилитации (зеркальная терапия и мысленные тренировки).

Так называемые мысленные тренировки, в частности представление движения (ПД), являются одним из дополнительных методов, достоверно повышающих эффективность комплексной двигательной реабилитации [1, 2, 4]. Пациенту во время занятия предлагают представлять выполнение определенного движения (например, вытянуть руку, раскрыть кисть, сжать кисть в кулак, взять со стола чашку и т. п.) от первого лица [4—6].

Согласно последним систематическим обзорам и клиническим рекомендациям западных профессиональных сообществ, мысленные тренировки с ПД рекомендованы пациентам с постинсультным парезом руки любой степени выраженности в раннем и позднем восстановительных периодах в качестве адъювантного (дополняющего) метода реабилитации с целью повышения эффективности терапии в отношении восстановления движений руки (уровень достоверности доказательств 2a) [4—6].

Однако правильное выполнение пациентом инструкции по ПД сложно контролировать без использования технических средств. Для объективизации процесса ПД и предъявления обратной связи различных модальностей может быть использована технология «интерфейс мозг—компьютер» (ИМК) [7—17]. Во время ПД конечности неинвазивный ИМК, основанный на регистрации электроэнцефалограммы (ЭЭГ), использует модуляцию сенсорно-моторного ритма в соответствующих корковых представительствах головного мозга в качестве сигнала об его активности [11]. Распознанные сигналы затем преобразуются в команды управления ортезом или экзоскелетом кисти для предъявления кинестетической обратной связи либо результат распознавания отображается графически на экране для предъявления визуальной обратной связи [12—17]. При этом показано преимущество предъявления кинестетической обратной связи перед визуальной в отношении восстановления движений руки [15].

Ранее авторами настоящей работы в исследовании на базе ФГБНУ «Научный центр неврологии» была показана принципиальная возможность использования ИМК у пациентов с различной давностью и локализацией инсульта, а также различной степенью пареза руки [16—19]. Однако до проведения настоящего исследования не была изучена клиническая эффективность мысленных тренировок с применением экзоскелета кисти в контуре ИМК у пациентов с постинсультным парезом руки разной степени тяжести на различных сроках давности развития инсульта. Отсутствовали данные о минимально достаточном резерве когнитивных функций, необходимом для выполнения пациентом эффективной ментальной тренировки с парадигмой ПД.

Важно также отметить, что для большинства роботизированных устройств, применяемых в двигательной реабилитации, показана эффективность в отношении восстановления движений только в проксимальной части руки. Роботизированные комплексы для восстановления функции кисти и пальцев внедрены в практику сравнительно недавно, в связи с чем отмечается недостаток клинических исследований для подтверждения их эффективности [4, 6]. Экзоскелет, применяемый в данной работе, предназначен для дистальных отделов руки и приводит в движение пальцы под управлением ИМК.

Цель настоящего исследования — оценка эффективности применения ИМК с экзоскелетом кисти (ИМК-экзоскелет) в комплексной реабилитации пациентов с последствиями нарушения мозгового кровообращения, а также минимально достаточного резерва когнитивных функций, необходимого для выполнения пациентом эффективной ментальной тренировки с парадигмой ПД.

Дизайн многоцентрового слепого рандомизированного контролируемого исследования разработан в ФГБНУ «Научный центр неврологии». В настоящей работе представлены результаты исследования, проведенного на базе ФГБНУ «Научный центр неврологии» с декабря 2014 г. по июнь 2017 г. (двумя другими базами проведения клинического исследования являлись ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского» и ФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова»).

Для отбора участников исследования за период с декабря 2014 г. по июнь 2017 г. на базе ФГБНУ «Научный центр неврологии» было проведено скрининговое обследование 385 пациентов. Критериям включения соответствовали 73 пациента, 18 из них (3 пациента из основной группы и 15 — из контрольной) отказались участвовать после первой или второй процедуры. В исследование и текущий анализ были включены 55 пациентов (39 мужчин и 16 женщин), медиана возраста составила 54,0 [44,0; 61,0] года, медиана давности инсульта — 6,0 [3,0; 13,0] мес, у 39 пациентов характер инсульта был ишемическим и у 16 — геморрагическим.

Критериями включения в исследование были перенесенный инсульт с единичным очагом ишемического или геморрагического характера супратенториальной локализации (по данным магнитно-резонансной или компьютерной томографии) давностью от 1 мес до 2 лет; парез руки различной степени тяжести (Medical Research Council, MRC) [20].

Критерии отказа от включения/исключения из исследования: леворукость (Edinbourgh Handedness Inventory) [21]; тяжелая когнитивная дисфункция (<10 баллов по Монреальской шкале когнитивной оценки [22]); сенсорная или грубая моторная афазия; грубое нарушение зрения; контрактура в руке (4 балла по шкале Эшворта, mAS) [23]; развитие острого или декомпенсация хронического заболевания с риском потенциального влияния на результаты исследования; введение препаратов ботулинического токсина в мышцы паретичной руки и/или назначение, коррекция дозировки системных миорелаксантов после включения в исследование.

По окончании скринингового обследования проводили рандомизацию с определением группы исследования (основная или контроль) в соотношении 1:1 с помощью программного обеспечения от компании «Имэджери Софт» (Россия).

Затем с пациентами обеих групп проводили стандартизированные реабилитационные мероприятия: лечебную гимнастику с инструктором (кинезиотерапия с применением классических методик, направленных на увеличение объема движений и силы паретичных мышц), нервно-мышечную электростимуляцию паретичных мышц руки и голени, лечебный массаж.

С пациентами основной группы проводили тренировки по ПД с использованием системы ИМК-экзоскелет, с пациентами контрольной группы — процедуры имитации использования этой системы. Всего пациенты каждой группы получали 12 процедур длительностью 40 мин ежедневно, кроме выходных дней.

В исследовании использовали ИМК, основанный на анализе паттернов ЭЭГ методом Байеса и распознавании реакции синхронизации/десинхронизации сенсорно-моторного ритма при ПД [24, 25]. Сигналы ЭЭГ фильтровались в полосе частот от 5 до 30 Гц. В качестве показателя точности классификации использовали процент правильных ответов классификатора (распознавание выше случайного при P>33%, так как пациенты выполняют по инструкции 3 ментальные задачи). Состав комплекса ИМК—экзоскелет приведен на рис. 1.

Во время процедуры электроды для регистрации ЭЭГ устанавливали по системе «10—20». На кисть паретичной руки фиксировали экзоскелет, который представлял собой полимерный подвижный каркас с пневматическим управлением, предназначенный для разгибания пальцев кисти. В процессе тренировок пациент выполнял одну из трех инструкций, предъявляемых на протяжении 10 с в случайном порядке на экране монитора: расслабиться (верхняя стрелка), кинестетически представить медленное разгибание пальцев правой или левой кисти (изменение цвета стрелки справа или слева соответственно) (рис. 2,).

Результаты распознавания выполняемой ментальной задачи предъявляли пациенту по зрительной и кинестетической обратной связи: в случае успешного распознавания классификатором задачи, соответствующей предъявляемой инструкции, метка в середине экрана принимала зеленый цвет (см. рис. 2), а экзоскелет разгибал пальцы руки.

Во время процедуры имитации в группе контроля использовали комплекс ИМК—экзоскелет при тех же условиях, что и в основной группе. Пациенты группы контроля выполняли инструкцию «расслабиться, следить за изменением цвета стрелок». Цвет стрелок изменялся в случайном порядке, каждое изменение длилось 10 с, при этом экзоскелет разгибал пальцы паретичной кисти при предъявлении стрелки, ей соответствующей. Таким образом, пациенты из контрольной группы не представляли движение и не пытались управлять экзоскелетом, а получали процедуру пассивной механотерапии паретичной кисти.

До и после курса тренировок пациентам проводили оценку двигательной функции руки с анализом динамики показателей шкал Фугл—Мейера (ФМ) и Action Research Arm Test (ARAT) [26, 27].

Демографические и основные исходные данные пациентов обеих групп исследования представлены в табл. 1.

Таким образом, по возрасту, давности инсульта, локализации и латерализации очага, степени неврологического дефицита статистически значимых различий между группами не выявлено (p>0,05).

Исследователь, производивший клиническую оценку состояния пациентов, не знал о группе исследования, в которую включен пациент. Информация о группе исследования была доступна только специалистам, проводившим процедуры реабилитации с помощью комплекса ИМК—экзоскелет или его имитатора.

В рамках нейропсихологической части исследования пациенты основной группы проходили комплексное обследование по методике А.Р. Лурия [28—31], адаптированной для задач настоящей работы. Для анализа высших психических функций были определены показатели, представляющие «негативные симптомы», которые оценивались по 3-балльной шкале, где 1 — отсутствие данного симптома; 2 — легкие, умеренные нарушения либо наблюдаемые компенсаторные приемы (например, вербализация фигуры); 3 — грубые, выраженные нарушения.

Проводилось однократное обследование, включавшее оценку регуляторных функций, памяти, мышления, внимания, гнозиса, праксиса, слухомоторных координаций, оптико-пространственной сферы, нейродинамической и энергетической составляющих психической активности. Пробы для оценки праксиса были адаптированы для пациентов с гемипарезом: оценивалось выполнение здоровой рукой таких тестов, как «кулак—ребро—ладонь», праксис позы, пробы Хэда, реакция выбора. Слухоречевую память оценивали с помощью заучивания последовательности из 6 слов, 2 групп по 3 слова и запоминания рассказа. Оценку зрительной памяти проводили в пробе на запоминание 5 трудновербализуемых геометрических фигур [28—31]. Исследование процессов мышления проводили с помощью решения арифметических задач, толкования пословиц и сюжетных картинок, «исключения предметов» [28—31]. Оптико-пространственную сферу оценивали с использованием комплекса рисуночных методик: самостоятельного рисунка, копирования и воспроизведения по памяти фигуры Тейлора, пробы «немые часы» и 5 фигур. Оценку зрительного гнозиса проводили с применением проб на исследование простого зрительного гнозиса (узнавание реальных изображений) и гнозиса в сенсибилизированных условиях (перечеркнутые и наложенные изображения — фигуры Поппельрейтера). Анализ акустического неречевого гнозиса проводили путем оценки и воспроизведения ритмических структур (единичных, серийных и акцентированных). Регуляторные функции оценивали по таким параметрам, как формирование и удержание программы произвольных движений и действий, контроль за действиями, уровень обобщения, активность/инактивность, при выполнении различных проб. В качестве энергетических и нейродинамических составляющих психической активности оценивали характеристики общего темпа работы в ходе обследования, истощаемости, утомляемости, застывания, эффективности и динамики заучивания, микрографии, объема запоминаемого материала, инертности.

Протокол исследования был одобрен этическим комитетом ФГБНУ «Научный центр неврологии». Все участники подписали информированное согласие на добровольное участие в клиническом исследовании.

Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью критериев Манна—Уитни и χ² (при сравнении независимых выборок), критерия Вилкоксона (при сравнении зависимых выборок), коэффициента корреляции Спирмена с применением пакета прикладных программ Statistica 6.0 (Stat Soft, 2003). Данные представлены в виде медианы, первого и третьего квартилей. Статистически значимыми считали различия при p<0,05.

Клиническая эффективность применения комплекса ИМК—экзоскелет. В обеих группах наблюдалось улучшение двигательной функции руки по шкалам ARAT и ФМ (разделы A—D, H, I). Только в группе ИМК—экзоскелет выявлено улучшение шарового захвата кисти (p=0,012), щипкового захвата пальцев кисти (p=0,012), а также крупных движений руки (p=0,002) по шкале ARAT (табл. 2).

При детальном анализе эффективности в отношении отдельных параметров движения руки по тесту ARAT для общей выборки участников исследования показано преимущество использования комплекса ИМК-экзоскелет. Однако, несмотря на статистическую значимость, медианы данных показателей не изменились (улучшение достигнуто за счет увеличения балльных оценок по тесту выше 50-го квартиля). Ввиду того, что в исследование включены пациенты в разных реабилитационных периодах, было целесообразно провести дальнейший анализ в подгруппах пациентов в раннем и позднем/резидуальном восстановительных периодах, а также в зависимости от исходной тяжести пареза.

Ранний реабилитационный период (давность инсульта 1—6 мес). В раннем реабилитационном периоде находились 29 пациентов: 18 из них вошли в основную группу и 11 — в контрольную.

Статистически значимое улучшение шарового захвата, а также улучшение движений в проксимальных отделах руки выявлено только в основной группе (табл. 3).

При этом у пациентов с выраженным парезом или плегией (0—12 баллов по шкале ARAT) положительная динамика наблюдалась в проксимальных отделах руки по шкале ARAT, а также за счет улучшения произвольных движений как в проксимальных, так и дистальных отделах руки по шкале ФМ (рис. 3).

В контрольной группе не выявлено статистически значимого восстановления двигательной функции руки среди пациентов с исходно тяжелым парезом (табл. 4).

У пациентов с умеренным или легким парезом (13—57 баллов по шкале ARAT) положительная динамика отмечена в основной и контрольной группах: как в проксимальных, так и дистальных отделах руки. Однако в основной группе улучшение было более выраженным, чем в группе контроля, — в среднем отмечалось увеличение оценки по шкале ARAT на 39 (n=3) и 6% соответственно. Указанная динамика не была статистически значимой (р>0,05), возможно, ввиду малого количества наблюдений.

Поздний реабилитационный период (давность инсульта более 6 мес). В позднем восстановительном и резидуальном периоде находились 26 пациентов: 17 из них вошли в основную группу и 9 — в контрольную.

При этом для пациентов с исходно выраженным парезом или плегией (0—12 баллов по шкале ARAT) только в основной группе выявлено достоверное улучшение произвольных движений по шкале ФМ за счет проксимальных отделов; кроме того, намечена тенденция к улучшению в дистальных отделах руки (табл. 5).

У пациентов основной группы с исходно умеренным или легким парезом (13—57 баллов по шкале ARAT) улучшились характеристики цилиндрического и щипкового захватов, а также наметилась тенденция к положительной динамике в проксимальных отделах руки по шкале ARAT. По данным шкалы ФМ, выявлено достоверное увеличение показателей произвольных движений, причем за счет дистальных отделов руки. В контрольной группе среди пациентов с давностью инсульта более 6 мес и исходно умеренным или легким парезом не выявлено статистически значимого восстановления двигательной функции руки (табл. 6).

Ни в одной из групп не выявлено корреляции между динамикой восстановления двигательной функции руки по шкалам ARAT и ФМ и давностью инсульта, а также возрастом пациентов.

Как в основной, так и контрольной группах выявлена статистически значимая (p=0,0001) корреляция умеренной силы (Rs=0,6) между степенью улучшения функции руки и исходной тяжестью пареза по шкале ARAT.

Оценка резерва когнитивных функций. Перед проведением тренировок нейропсихологическое обследование для выявления предикторов эффективного обучения управлению системой ИМК—экзоскелет прошли 12 пациентов из основной группы (6 мужчин, медиана возраста 51,0 [37,0; 65,0] года, медиана давности инсульта 7 [2; 12] мес, с очагом инсульта в левом полушарии — 4 пациентов и правом — 8).

Выявлена статистически значимая сильная корреляция среднего достигнутого показателя качества распознавания классификатором ИМК ментальных состояний (P) с рядом показателей выполнения нейропсихологических проб: фигуры Тейлора, пробы Хэда, реакции выбора (табл. 7).

Выявленные корреляции между показателями точности классификатора и данными нейропсихологического обследования позволяют выделить те когнитивные трудности, наличие которых снижает эффективность управления ИМК (что является косвенным признаком низкой способности к ПД). Согласно результатам данной части исследования, для скринингового обследования пациентов в целях оценки способности к освоению управления ИМК могут быть использованы следующие тесты: фигура Тейлора, проба Хэда, реакция выбора.

Согласно результатам работы, применение комплекса ИМК—экзоскелет у пациентов с грубым парезом или плегией в раннем восстановительном периоде достоверно эффективнее улучшает двигательную функцию по шкалам ARAT и ФМ за счет проксимальных и дистальных отделов руки при сравнении с группой контроля. У пациентов со сходным по тяжести парезом, но находящихся в позднем и резидуальном восстановительном периоде, такие тренировки достоверно эффективнее улучшают двигательную функцию проксимальных отделов руки по показателям шкалы ФМ. У пациентов с парезом от легкого до умеренного при сроке давности инсульта более 6 мес использование ИМК—экзоскелет достоверно эффективнее улучшает характеристики цилиндрического и щипкового захватов по шкале ARAT при сравнении с группой контроля.

Таким образом, использование системы ИМК—экзоскелет в комплексной реабилитации пациентов с постинсультным парезом руки достоверно улучшает ряд показателей не только захвата (элементы которого тренировались в основной группе), но и движений в проксимальных отделах верхней конечности. Улучшение функции в отделах руки, не вовлекавшихся в тренировочную парадигму ПД, находит объяснение в анатомо-физиологической близости моторных корковых представительств для верхней конечности и широком распространении возбуждения по ним во время тренировок ПД для кисти.

Исследования по оценке эффективности неинвазивного ИМК с применением внешних устройств одновременно проводились и в других странах. В этих исследованиях участвовали до 30 пациентов с постинсультным парезом руки, а в качестве внешнего устройства применяли устройства Haptic Knob [14], MIT-Manus [12, 13] или ортез [15], по своей конструкции не являющиеся экзоскелетами. В целом результаты исследований согласуются, несмотря на различие в дизайнах и длительности тренировок.

Технология ИМК выходит из лабораторий в клиническую практику, однако ее широкое распространение в повседневной работе реабилитационных служб ограничено рядом факторов [16—18, 32—34]. Помимо подготовки к каждой процедуре (длительность которой больше, чем сама тренировка) и сложности гигиены по окончании тренировки, эффективность освоения ПД пациентами нередко лимитирована их способностью к мысленным тренировкам и управлению ИМК, что свидетельствует о важности проведения специфического скрининга для выявления предикторов эффективности ПД. В ходе обработки результатов нейропсихологического обследования нами получен ряд корреляций между определенными нейропсихологическими пробами и показателями классификации ИМК. Это позволило составить прогностически неблагоприятный нейропсихологический профиль пациента (наличие нарушений пространственного и регуляторного праксиса) в контексте мысленных тренировок. Впервые показано, что для целей скрининга могут быть использованы следующие тесты: фигура Тейлора, пробы Хэда, проба на реакцию выбора. Данный результат имеет большое практическое значение, так как позволяет избежать назначения метода лечения, не подходящего конкретному пациенту, т. е. персонифицировать использование технологии и более рационально оперировать реабилитационными ресурсами^​1​᠎.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*e-mail: xarisovich@gmail.com; https://orcid.org/0000-0002-8671-5861