Список сокращений

ФКК — функциональное картирование коры

ПСК — прямая стимуляция коры

ФРЭ — фармакорезистентная эпилепсия

Введение

В нейрохирургии супратенториальных опухолей и ФРЭ локализация функций церебральной коры и ассоциативных трактов является не только объектом фундаментальных исследований, но и важнейшей прикладной задачей. Для ФКК во время хирургического вмешательства применяют ПСК электрическим током [1]. Методика, вошедшая в клиническую практику с 30-х годов прошлого столетия, не претерпела значимых изменений и остается золотым стандартом ФКК, поскольку не требует сложного медицинского оборудования и хорошо воспроизводима во всех группах пациентов [2]. Использование ФКК с ПСК возможно как интраоперационно, так и у пациентов с имплантированными внутричерепными электродами при подготовке к нейрохирургическому лечению ФРЭ [3].

В основе ФКК с помощью ПСК лежит деполяризация мембран нейронов коры, распространяющаяся вокруг и вглубь от стимулирующего электрода вследствие диффузии заряда. Это приводит к изменению функционального статуса нейронов, проявляющемуся клиническими симптомами, соответствующими их специализации [4].

В отличие от картирования моторной коры [5], картирование речи и других высших корковых функций представляет более комплексную задачу. Оно требует не только постоянного контакта с пациентом, но и подбора заданий (стимулов), специфичных для соответствующей функциональной зоны коры. Необходимым этапом является предварительный отбор заданий, которые пациент сможет выполнить в момент стимуляции [6]. До изобретения портативных электронных устройств использовали наборы заданий, которые показывали пациенту на обычных листах бумаги [7]. Появление планшетных компьютеров и смартфонов позволило показывать стимульные задания на их экранах. В большинстве случаев для этого используют бесплатные предустановленные средства программного обеспечения, такие как приложение PowerPoint (Microsoft Office Corporation), и файлы в формате PDF (Portable Document Format) [8, 9]. Проведенное в 2023 г. D. Veljanoski и соавт. международное анкетирование 37 групп, проводящих ФКК речи и других когнитивных функций, показало, что специальные приложения для предъявления стимулов используют лишь 3% респондентов [9]. Проведенный нами анализ показал, что в настоящее время в свободном доступе автоматизированные приложения для предъявления стимулов отсутствуют.

Методы

Мы разработали и апробировали в клинической практике планшетное приложение «EloQ» для предъявления стимульного материала, которое можно использовать на любых планшетных компьютерах и смартфонах под управлением операционной системы Andriod.

Приложение написано с использованием фреймворка (правил построения архитектуры, задающих на начальном этапе «каркас», который можно расширять и изменять согласно указанным требованиям) Flutter на базе языка программирования Dart. Он позволяет компилировать программный код для устройств как на базе iOS, так и на базе Android. Важным преимуществом данного фреймворка является возможность гибкого изменения текстовых виджетов. Например, это позволило реализовать мгновенный перевод текста графического интерфейса с русского языка на английский одним нажатием кнопки. Приложение использует локальную базу данных SQLite, в таблицах которой хранятся данные пациентов, а также информация о проведенных сетах тестирования. Эта информация визуально представлена в карточке пациента и может быть просмотрена в любое время. Приложение не требует связи с глобальной сетью Интернет и не передает информацию третьим лицам.

Результаты

Приложение, получившее название «EloQ» (акроним от Eloquent cortex — англ. ‘невосполнимая кора’), максимально упрощает создание индивидуального набора стимулов и стандартизует процесс их предъявления во время ФКК. На данный момент интерфейс приложения доступен на двух языках — русском и английском. Приложение «EloQ» распространяется бесплатно и может быть загружено из App Store или Google Play по поисковому запросу или получено из репозитория по запросу на электронную почту на сайте www.eloqbrainmapping.com.

Задания/Стимульные пакеты. В «EloQ» по умолчанию загружен стимульный материал для картирования корковых представительств и ассоциативных волокон, участвующих в речевой продукции, памяти, процессах опознавания, согласно текущему представлению об их распределении [10]. Ряд заданий (изображения предметов и действий) был представлен в публикациях О.В. Драгой и соавт. и валидирован для русского языка [11, 12]. Остальные сформированы при участии профессиональных нейропсихологов, имеющих практику работы в операционной, и на основании данных из доступных источников литературы. Поскольку пациенты обладают разным уровнем образования и социальным опытом, для некоторых заданий мы предусмотрели несколько уровней сложности. В последующих обновлениях приложения планируется расширение номенклатуры заданий, включение более сложных тестов по мере их разработки. Предустановленные стимульные пакеты можно использовать и для тестирования проводящих путей белого вещества, участвующих в речевой функции (табл. 1).

Таблица 1. Предустановленные пакеты стимулов для функционального картирования коры доминантного полушария

Поскольку приложение рассчитано на использование неврологами, нейрохирургами и нейрофизиологами, в нем доступен упрощенный автоматизированный выбор заданий, исходя из интересующей зоны мозга. После заполнения полей идентификатора пациента при заполнении граф «Полушарие—Кора—Извилина» программа сама предложит набор из предустановленных заданий с возможностью добавления других пакетов. При необходимости любой стимульный материал, подготовленный в соответствующем формате, может быть дополнительно включен в пакет тестирования. Для картирования трактов, участвующих в речевой продукции, пакеты стимулов необходимо добавлять вручную.

Для упрощения выбора заданий приложение «EloQ» содержит раздел «Помощь», в котором изложена последовательность работы с приложением, а также таблицы и схемы для подбора заданий для картирования как корковых представительств, так и субкортикальных структур на примерах и с использованием данных, изложенных в работе E. de Witte и соавт. [13].

Этапы картирования коры с использованием «EloQ». Картирование функций коры при ПСК с помощью «EloQ» состоит из трех этапов:

1) «оценка» — первичная оценка возможности пациента выполнять задания из стимульного пакета и их отбор для картирования;

2) «картирование» — непосредственно тестирование во время ПСК, предъявление отобранных изображений интра-/экстраоперационно;

3) «повторная оценка» — повторная оценка количества правильно выполняемых заданий для сравнения результатов с дооперационным уровнем пациента.

Таким образом, «EloQ» позволяет воспроизводить любой из загруженных пакетов заданий в двух режимах — «оценка» и «картирование», а затем проводить сопоставление путем повторного анализа в режиме «повторная оценка».

Этап «Оценка». Для немоторных функций «базовая линия» — это отдельные задания, которые может назвать или выполнить пациент на дооперационном этапе. В режиме «оценка» происходит отбор стимулов, которыми будут тестировать пациента во время ФКК с ПСК. При отборе заданий важно учитывать скорость опознавания и начало произношения слова пациентом. С этой целью в настройках «EloQ» предусмотрен изменяемый таймер продолжительности показа изображений во время «оценки», по умолчанию составляющий 3 с. Выбор опции «Затенение изображения» после истечения заданного в настройках времени позволяет тестирующему специалисту сразу оценить длительность восприятия и выполнения задания пациентом и сделать картирование более индивидуальным в дальнейшем. После окончания отбора в режиме «оценка» пользователь «EloQ» видит полный набор миниатюр изображений, представленных пациенту, в котором исключенные стимулы обведены красной рамкой, а принятые — зеленой, и при необходимости возможна их «ручная» коррекция. Таким образом формируется «базовая линия» для картирования немоторных функций, с которой в дальнейшем можно сравнивать результаты хирургического вмешательства (рис. 1, а). После окончания этапа «оценка» название задания выделяется оранжевым цветом. Сразу после отбора стимулов в режиме «оценка» приложение «EloQ» показывает абсолютные цифры и процентную долю отобранных стимулов, что позволяет быстро принять решение о возможности проведения операции в сознании (рис. 1, б).

Рис. 1. Экран приложения «EloQ» в режиме «оценка».

а — отобранные изображения предметов в режиме «оценка» с возможностью коррекции вручную. Красной рамкой обведено изображение-стимул, которое не войдет в индивидуальный пакет заданий для картирования; б — представление доли правильно выполненных заданий после окончания этапа «оценка». Выполненные задания отмечены оранжевым шрифтом, указаны результаты в абсолютных и процентных значениях. Белый шрифт — задание не использовано.

Этап «Картирование» является клиническим анализом функций пациента в момент ПСК.

Звуковые сигналы. В настройках «EloQ» предусмотрены возможности проведения как интраоперационного, так и внеоперационного режима ПСК. Для интраоперационного режима с целью синхронизации ПСК с показом стимула приложение подает звуковой сигнал высокого тона, после которого хирург должен приложить стимулирующий зонд к картируемому участку коры. Через настраиваемый промежуток времени, по умолчанию составляющий 3 с, звучит сигнал низкого тона, указывающий на необходимость остановить ПСК. При необходимости второй сигнал можно отключить (рис. 2, а).

Рис. 2. Возможности интраоперационного применения «EloQ».

а — экран настроек для этапов «Картирование» и «Оценка»; б — схема интраоперационного предъявления «ложных стимулов» (без звукового сигнала) через один с «активными» и обратной связью для тестирующего нейрохирурга.

«Ложная стимуляция». Одним из методических приемов ФКК с помощью ПСК является предъявление стимулирующих изображений без воздействия электрического тока — «ложная стимуляция» (рис. 2, б). Она помогает убедиться в наличии причинно-следственной связи наблюдаемых симптомов с воздействием электрического тока на картируемый участок коры. Поочередное выполнение задания с применением электростимуляции и без нее позволяет снизить риск ложноположительных ответов [14]. Такая функция предусмотрена в приложении «EloQ»: в настройках реализована возможность пропуска звукового сигнала через заданное количество стимулов.

Дополнительные настройки. В приложении также реализован ряд дополнительных настроек, позволяющих индивидуализировать систему обратной связи с учетом опыта тестирующего специалиста и функционального состояния пациента: пауза между предъявлением стимулов, время от звукового сигнала до предъявления стимула, длительность стимуляции. По умолчанию пауза составляет 2 с, а подача звукового сигнала происходит за 500 мс до начала предъявления стимула (рис. 2, а). Возможность увеличения времени между звуковым сигналом и показом стимула помогает индивидуализировать время, необходимое на опознавание звука хирургом и прикладывание зонда к коре головного мозга. Это позволяет начать стимуляцию в момент, когда пациент начинает воспринимать стимул и произносить слово.

Повторение и порядок предъявления стимулов. Еще одной особенностью «EloQ», отличающей его от базовых программ показа изображений на планшетном компьютере, является возможность предъявления отобранных изображений в случайном порядке. Опцию случайного порядка предъявления стимулов, то есть перемешивания, также можно активировать в настройках (рис. 2, а). Это предотвращает процесс «запоминания» последовательности стимулов, делая их называние не автоматизированным, а осмысленным процессом.

Окончание показа. В «EloQ» на этапе картирования предусмотрено автоматическое повторение пакета после окончания показа всего отобранного набора стимулов. Также существует возможность остановки с перезапуском или паузы простым нажатием на экран.

Этап «Повторная оценка». В клинической практике существует потребность в неоднократных повторных тестированиях функционального статуса пациента после проведенного вмешательства. Для этого в «EloQ» предусмотрен режим «повторной оценки», который запускается при нажатии на слово «Повтор» в выпадающем меню пациента. Создается копия записи пациента с дополнительным названием, которое пользователь задает самостоятельно. При «повторной оценке» в качестве 100% принимается «базовая линия», отобранная на первом этапе, а результат также представляется в процентном соотношении верных и неверных ответов.

Удобство пользования. В настоящее время приложение используется в 4 нейрохирургических центрах Москвы и Санкт-Петербурга, которые проводят нейрохирургические вмешательства по поводу опухолей, расположенных в функциональных зонах коры, и занимаются хирургическим лечением ФРЭ. Процесс отбора и оценки речи при тестировании пациентов во всех центрах осуществляют штатные неврологи отделений нейрохирургии или нейропсихологи. Мы попросили пользователей (n=7) оценить удобство использования приложения в целом и по отдельным аспектам. Ответы оценивали по 5-балльной шкале Ликкерта (табл. 2).

Таблица 2. Оценка пользователями используемого приложения

Обсуждение

Максимально возможная резекция патологически измененной ткани в пределах функциональных зон коры является важнейшей практической задачей в хирургии супратенториальных опухолей и ФРЭ. Однако до сих пор нет единого мнения о подходе к процедуре речевого картирования. В разных нейрохирургических центрах различаются не только протоколы проведения нейрохирургических операций с пробуждением, но и процедуры отбора пациентов на речевое тестирование, подбора заданий для него и даже специальности выполняющего картирование персонала [15].

Использование электронных устройств для предъявлений речевых или других заданий значительно упрощает и позволяет начать стандартизацию картирования немоторных функций. Предложенные некоторыми авторами способы показа изображений чаще всего основаны на использовании стандартных приложений планшетов для показа файлов формата PDF или презентаций PowerPoint [9]. Недостатком такого подхода является длительность подготовки индивидуального набора стимулов, требующей специальных навыков, отдельного персонального компьютера для последующей загрузки результатов на планшет, и сложность синхронизации стимуляции с показом картинок для хирургов, не имеющих большого опыта в картировании. В ряде стран проблема усугубляется отсутствием выделенных специалистов, например нейропсихологов, в штате отделений нейрохирургии [16].

Среди существующих систем для показа стимулов и парадигм в публикациях наиболее широко представлена платформа NeuroMapper (The Medical College of Wisconsin Inc., США). Ее архитектура включает в себя два планшета производства Apple (iPad), работающих под управлением операционной системы iPadOS. Система позволяет не только одновременно предъявлять стимулы, но и проводить аудио- и видеозапись ответов [17]. Несмотря на то, что приложение обладает открытым исходным кодом (Open Source), воспользоваться NeuroMapper можно, лишь получив разрешение от разработчиков, а ее интерфейс представлен только на английском языке. Подобные платформы востребованы для научных исследований и разработок новых стимулирующих парадигм, но для практического применения в условиях нейрохирургических отделений достаточно более простого приложения, требующего одного планшета или мобильного телефона, работающего на более универсальной операционной системе Android. Достоинствами приложения «EloQ» являются также его бесплатное распространение и двуязычность, а в дальнейшем мы планируем добавить мультиязычность и возможность предъявления звуковых стимулов. Приложение совместимо с устройством для бесстимуляционного инвазивного ФКК на основании анализа электрокортикографии и может быть использовано как пульт управления системой [18].

Проведенный нами опрос показал общую удовлетворенность врачей как дизайном приложения «EloQ», так и последовательностью действий для отбора заданий в нем.

Заключение

Разработанное нами приложение «EloQ» — первое свободно распространяемое приложение по предъявлению стимулов для картирования немоторных функций коры и трактов белого вещества, для которого достаточно одного планшетного компьютера или телефона под управлением операционной системы Android. Его особенностью является не только возможность изменения настроек показа, но и простота выбора специфических заданий. Опрос врачей, уже использующих приложение, подтвердил высокий уровень удобства пользовательского интерфейса и полноту предустановленных заданий. Это позволяет предположить, что приложение может быть использовано различными специалистами.

Финансирование. Работа выполнена в рамках проекта №2402-3/23 «Разработка устройства для прецизионной локализации функциональных зон коры головного мозга без использования электростимуляции», поддержанного АНО «Московский центр инновационных технологий в здравоохранении».

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Синкин М.В., Аливердиев М.А., Скальная А.А., Осадчий А.Е.

Сбор и обработка материала — Саломатина Т.А., Калантарова М.В., Некрасова Ю.Ю.

Статистическая обработка — Синкин М.В.

Написание текста — Синкин М.В.

Редактирование — Гринь А.А., Осадчий А.Е.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Комментарий

Авторами разработано программное обеспечение «EloQ» для планшетного компьютера с системой Android для предъявления заданий пациентам до, во время и после операции. Основные отличия данной программы от используемых ранее: 1) возможность автоматизированного индивидуального подбора тестов с учетом возможностей больного; 2) возможность индивидуального автоматизированного подбора тестов с учетом локализации удаляемой опухоли и автоматизированного их предъявления. Сами тесты не новы, но подобраны адекватно тестируемой зоне мозга. Предусмотрены и звуковые сигналы для хирурга, позволяющие сопоставлять предъявление стимулов и электростимуляцию. Программа хорошо проработана, уже начато ее применение в 4 учреждениях Москвы и Санкт-Петербурга, при этом получены только положительные оценки специалистов, ее использовавших. Важное преимущество программы — она позволяет сохранять как данные пациентов, так и результаты выполнения заданий на том же носителе и извлекать их по мере надобности. Огромным преимуществом является то, что программа распространяется бесплатно и не предполагает переток клинической информации через сеть в третьи руки. Несомненно, программа может быть использована в хирургической практике операций в сознании с тестированием пациентов. В дальнейшем интересно было бы получить от авторов ответ на вопрос: почему для стимуляции надкраевой извилины выбран тест окончания предложений?

С.Б. Буклина (Москва)