Деменция является одной из самых часто встречающихся причин инвалидности в неврологии. По данным ВОЗ, выраженные когнитивные расстройства (ВКР) диагностированы приблизительно у 55 млн человек в мире. В связи с увеличением продолжительности жизни населения, к 2050 году ожидается рост количества пациентов с деменцией до 152 млн [1]. Ведущую позицию в возникновении деменции занимает болезнь Альцгеймера (БА), составляющая не менее 35—40% в структуре ВКР, по этой причине это заболевание является одной из четырех главных медико-социальных проблем современного общества [2, 3].

В настоящее время актуальна проблема более ранней диагностики заболеваний, приводящих к деменции. Приоритетным направлением является выявление умеренных когнитивных нарушений и деменции на ранних стадиях, так как своевременное назначение адекватной терапии способствует продолжительному периоду самостоятельной, более полноценной жизни у пациентов [2, 4, 5]. Однако существующие на сегодняшний день методы диагностики заболеваний, приводящих к когнитивным расстройствам, являются инвазивными или требуют больших временных либо материальных затрат. Например, нейропсихологическое тестирование проводится в специализированных кабинетах и занимает продолжительное время, исследование цереброспинальной жидкости является инвазивным методом, а позитронно-эмиссионная томография отложений амилоида является дорогостоящим способом диагностики. Таким образом, существует потребность в разработке простого, неинвазивного и недорогостоящего метода скрининга когнитивных расстройств [6].

По литературным данным отмечено, что пациенты, имеющие когнитивные нарушения, хуже выражают эмоции через мимику. В статье A. Cannavacciuolo и соавт. [7] при проведении оценки мимики у пациентов с БА была выявлена гипомимия, которую связывают с дисфункцией определенных отделов головного мозга, таких как миндалевидное тело, лобная кора, полосатое тело, поясные извилины, ядра ствола головного мозга. Перечисленные отделы подвергаются процессу дегенерации уже на ранних стадиях при многих нейродегенеративных заболеваниях, в том числе и при БА [8, 9].

В связи с вышеуказанными обстоятельствами на сегодняшний день активно ведутся разработки объективного метода оценки мимики в диагностике когнитивных нарушений. К примеру, в статье K.W. Burton и соавт. [10] описана сниженная активность малой скуловой мышцы у 13 пациентов с БА в отличие от 21 клинически здорового участника при использовании на данную область метода электронейромиографии (ЭНМГ) при просмотре изображений различного эмоционального содержания [10].

В исследовании Yu. Umeda-Kameyama и соавт. [6] для обработки фотографий с нейтральным выражением лица 121 пациента с БА и 117 участников с сохранными когнитивными функциями был применен искусственный интеллект. Нейронная сеть с точностью до 92,56% и чувствительность до 87,31% выявляла участников, имеющих деменцию.

Все большее количество исследований посвящено разработке видеоанализа мимики с целью выявления когнитивных расстройств. Так, в исследовании I.Z. Jiang и соавт. [11] применен видеоанализ мимики на основе Convolutional Neural Network (CNN) на 493 обследуемых (258 из которых — здоровые люди и 235 пациентов с различной степенью выраженности когнитивных нарушений на фоне БА, других заболеваний, проявляющихся когнитивными нарушениями). Программа автоматически фиксировала мимику у всех участников исследования во время выполнения теста на запоминание 20 изображений и сравнивала полученные показатели с базой данных AffectNet, классифицируя эмоции и процент их выраженности. В результате у пациентов с когнитивным дефицитом выявлены изменения мимики и степень их выраженности коррелировала со снижением высших мозговых функций. Также отмечено, что основное заболевание влияло на характер нарушений мимических функций, в частности, у пациентов с БА зафиксировано избыточное выражение негативных эмоций [11].

В статье J. Gerłowska и соавт. [12] видеоанализ мимики проводился с помощью датчика, расположенного на расстоянии вытянутой руки перед участником исследования во время выполнения теста на имитацию эмоции, изображенной на фотографии, а также воспроизведенную по устному заданию. В исследование вошло 7 клинически здоровых лиц, 7 пациентов с синдромом умеренных когнитивных расстройств амнестического типа, и 7 пациентов с БА в стадии деменции. Результаты исследования показали, что пациенты с деменцией имели избыточное выражение либо положительных, либо отрицательных эмоций.

На сегодняшний день единой методики объективной оценки мимики с целью выявления когнитивных нарушений не разработано. Все вышеперечисленные методы имеют малую группу исследования или дороги и сложны в использовании.

Цель исследования — определение перспективы использования метода объективной оценки состояния мимики на основе компьютерного видеоанализа движений в качестве вспомогательного при диагностике болезни Альцгеймера.

Материал и методы

Исследование проводилось на базе ФГБОУ ВО «Красноярского государственного медицинского университета имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого» Минздрава России.

В исследование включены здоровые лица (n=37) в качестве контрольной группы, средний возраст 67 [63; 74] лет и пациенты (n=34) в возрасте 71 [65; 78] года с установленным диагнозом «малое» и «большое» нейрокогнитивное расстройство (НКР), вызванное БА, на основании критериев Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM-5) [13]. Группа исследования была разделена на две подгруппы в зависимости от уровня когнитивных нарушений, определенных по шкале The Clinical Dementia Rating (CDR) [14]. В первую подгруппу пациентов с «малым» НКР, вызванным БА, соответствующим умеренному когнитивному расстройству (mild cognitive impairment), вошло 16 человек (0,5 баллов по шкале CDR), во вторую подгруппу участников исследования с «большим» НКР, вызванным БА, что соответствует деменции при БА — 18 лиц (1—2 балла по шкале CDR).

Критерии включения: установленный диагноз «малое» или «большое» НКР, вызванное БА, на основании критериев DSM-5, с уровнем когнитивного дефицита 0,5—2 балла по шкале CDR.

Критерии невключения: наличие центрального/периферического пареза лицевого нерва, гиперкинезы мышц лица, выраженное снижение зрения, слуха, выраженные речевые нарушения, наличие острого или обострение хронического заболевания на момент исследования, клинически выраженные тревога и депрессия.

Анализ движений мимической мускулатуры проводился при помощи авторского метода диагностики мимики, разработанного на кафедре нервных болезней с курсом ПО КрасГМУ.

Видеоанализ мимики осуществлялся с помощью программно-аппаратного комплекса, включающего программное обеспечение, созданного в среде программирования Visual Studio 2015 с использованием системы управления базами данных PostgreSQL, а также видеокамеры с разрешением 1280×720 пикселей. Обследуемый по заданию выполнял 6 диагностических тестов, сидя на стуле перед камерой, которая находилась на уровне 64 см от его глаз. Первые пять диагностических тестов выполнялись в течение 10 с каждый. Участников исследования просили улыбаться, рисовать сомкнутыми губами букву «О», моргать, поднимать и хмурить брови. Во время шестого теста исследуемым предлагали в привычном для них темпе прочитать с выражением отрывок текста «Озеро Байкал».

Во время тестирования программа автоматически считывала 68 ключевых точек лица, по которым в дальнейшем проводился расчет кинематических параметров движений лицевой мускулатуры, а именно скоростных показателей (частоты морганий, улыбок, подъема и нахмуривания бровей), амплитудных характеристик движения бровей, рта по осям Х и У в миллиметрах, площади рисования губами буквы «О».

Все участники исследования подписали добровольное информированное согласие. Исследование одобрено локальным Этическим комитетом ФГБОУ ВО «Красноярского государственного медицинского университета имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого» Минздрава России (протокол №116/2022 от 27.12.2022).

Статистические расчеты полученных данных произведены в программном пакете IBM SPSS Statistics 23. Для оценки нормальности распределения применен критерий Шапиро — Уилка. Полученные результаты не подчинялись закону нормального распределения, в связи с чем непараметрические количественные переменные представлены в виде медианы и интерквартильного размаха (Me [Q₂₅; Q₇₅]). Статистическую значимость различий между двумя независимыми выборками оценивали с применением критерия Манна — Уитни. Различия считали статистически значимыми при p<0,05.

Результаты

Результаты оценки кинематических параметров движений лицевой мускулатуры у пациентов с «малым» и «большим» НКР, вызванным БА, в сравнении с показателями состояния мимики у клинически здоровых лиц приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. Кинематические параметры движений лицевой мускулатуры у пациентов с «малым» НКР, вызванным БА, и здоровых участников

Примечание. Здесь и в табл. 2 и 3: * — p≤0,05.

Таблица 2. Кинематические параметры движений лицевой мускулатуры у пациентов с «большим» НКР, вызванным БА, и здоровых участников

В подгруппе пациентов с «малым» НКР, вызванным БА, обращает на себя внимание снижение активности лицевой мускулатуры верхней половины лица, а именно статистически значимое снижение амплитуды подъема бровей по оси Y в диагностическом тесте «Подъем бровей» в 2 раза, уменьшение частоты моргания в 1,35 раза по сравнению со здоровыми участниками исследования. Остальные кинематические показатели мимических движений сопоставимы с контрольной группой.

В подгруппе пациентов с «большим» НКР, вызванным БА, отмечается снижение кинематических показателей как верхней, так и нижней половины лицевой мускулатуры в первых пяти диагностических тестах. Выявлено статистически значимое снижение в сравнении с группой контроля таких амплитудных показателей, как ширина улыбки по оси X (в 2,19 раз), подъема бровей по осям X и Y (в 1,3 раза, приблизительно в 3 раза соответственно), а также уменьшение всех скоростных показателей движений лицевой мускулатуры (частота улыбки, моргание и нахмуривание бровей снижены в 1,5 раза, а частота подъема бровей — в 2 раза). В то же время амплитудные показатели в тесте «Хмурить брови» сопоставимы с группой контроля, как и все кинематические показатели в тесте «Чтение текста».

Согласно табл. 3, при сравнении кинематических показателей мимической мускулатуры между двумя подгруппами пациентов с НКР, вызванным БА, во второй подгруппе у обследуемых выявлено снижение амплитудного показателя подъема бровей по оси X в 1,9 раз, уменьшение таких скоростных показателей, как частота улыбки — в 1,6 раз, частота подъема бровей — в 2 раза.

Таблица 3. Кинематические параметры движений лицевой мускулатуры между двумя подгруппами пациентов с НКР, вызванным БА

Обсуждение

Разработанный метод объективной диагностики мимики позволяет выявить изменения движений мимической мускулатуры у пациентов с «малым» НКР, вызванным БА, еще до развития деменции. Обращает на себя внимание изменение таких кинематических показателей, как подъем бровей и моргание. У пациентов с «большим» НКР, вызванным БА, отмечается более обширное изменение амплитудных и скоростных показателей, в то же время сохраняется превалирование нарушений верхней половины лица. Также отмечается сохранность амплитуды движений в тесте «Хмурить брови».

Согласно литературным данным, изменения в мимике были отмечены при таких заболеваниях, как лобно-височная дегенерация, болезнь Паркинсона, депрессия [15—17]. Для получения более специфических результатов объективной диагностики мимики у пациентов с БА, требуется проведение анализа с показателями пр таких нозологиях.

Заключение

Авторский метод видеоанализа мимики перспективен к применению для анализа нарушений движений мимической мускулатуры с целью скрининговой и дополнительной диагностики БА, однако для получения более специфичных результатов требуется продолжить исследование с дальнейшим определением диагностической ценности методики. Также стоит отметить, что данный метод исследования не отражает непроизвольные эмоции обследуемых, а только оценивает двигательные возможности мимики. Одним из перспективных будущих направлений по исследованию БА, по нашему мнению, является создание объективного метода оценки эмоций человека.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.