Интерактивная стимуляция

Исследователи лаборатории «МРТ ТЕХНОЛОГИИ» Института «Международный томографический центр» СО РАН под руководством члена-корреспондента РАН Андрея Александровича Тулупова совместно с ФИЦ фундаментальной и трансляционной медицины под руководством академика Марка Борисовича Штарка изучают технологию интерактивной стимуляции мозга. Она позволит пациенту самостоятельно контролировать и изменять активность головного мозга, чтобы вернуться в доинсультное состояние, восстановить умственные, сенсорные или моторные функции.

По экспертным оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), инсульт занимает второе место в мире среди причин смертности. Он возникает в результате разрыва или закупорки сосуда, из-за чего нарушается кровоснабжение головного мозга.

Реабилитацию после инсульта проводит врач-реабилитолог. Благодаря двигательным упражнениям, сенсорной стимуляции, анатомической и физиологической пластичности мозга во многих случаях пациент может вернуться в прежнее, доинсультное, состояние. Однако такой подход часто оказывается недостаточно эффективным: хорошо восстанавливаются не более 20 % пациентов, а 33—60 % остаются инвалидами.

Интерактивная стимуляция объединяет электрофизиологические и гемодинамические показатели. Это экспериментальная модель нейробиоуправления, которая реализуется с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) и электроэнцефалографии (ЭЭГ). Функциональная томография (фМРТ) отличается от МРТ тем, что сфокусирована не на анатомии мозга, а на его функциональных возможностях. Она показывает, какие зоны откликаются на разные воздействия, например, движение руки, когнитивные события, визуальное восприятие. Активность этих зон можно соотносить с физиологическим состоянием пациента.

«В простейшем варианте фМРТ выглядит так — мы объясняем пациенту задачу, которую нужно выполнить. Он 30 секунд работает (например, сжимает ладонь в кулак), 30 — отдыхает, и так несколько циклов. В итоге мы видим, чем отличается время работы от времени отдыха по мощности сигнала МРТ. Это можно картировать, привязывать к анатомическому изображению и работать, как с изображением активности мозга», — рассказал старший научный сотрудник лаборатории «МРТ ТЕХНОЛОГИИ» МТЦ СО РАН кандидат физико-математических наук Андрей Александрович Савелов.

В фМРТ в качестве обратной связи используется внутрисосудистый трассер, сигнал, который зависит от уровня насыщения крови кислородом (BOLD-эффект – blood oxygenation level dependent). Нейронам, как и другим клеткам организма, необходимо питание, которое они получают через кислород и глюкозу. Гемоглобин переносит кислород, оксигемоглобин пребывает к месту активности, где кислород высвобождается и преобразуется из диамагнитного оксигемоглобина в парамагнитный дезоксигемоглобин, который обладает другими магнитными свойствами. Снижение оксигенации крови приводит к увеличению контрастности МРТ-изображения мозга в активных зонах. В итоге исследователи видят соотношение двух форм гемоглобина, изменения магнитных характеристик крови и МРТ-сигнала.

«Технология интерактивной стимуляции отличается от классической реабилитации тем, что пациент принимает активное участие в своем восстановлении. Мы помещаем его в томограф, где в реальном времени регистрируется гемодинамическая активность (BOLD-эффект). Помимо этого, надеваем пациенту электроэнцефалографический шлем, с помощью которого определяем электрическую активность мозга. Эти два параметра мы объединяем. В итоге пациент видит некий образ того, что происходит у него в голове, мы называем это метафорой. Видя ее, он вырабатывает собственную тактику управления активностью нужных зон. В момент выполнения задания BOLD сигнал возвращает субъекту информацию о его текущей мозговой активности почти в режиме реального времени (задержка отклика 4—6 секунд). Так, на протяжении 6—12 месяцев, в течение нескольких фМРТ сеансов, пациент учится контролировать и перестраивать работу мозга, управлять зонами, которые перехватили ответственность за движение пострадавших конечностей», — отметил Андрей Савелов.

По его словам, результат работы технологии в большей степени зависит от мотивации человека. «У нас был пациент, который очень хорошо восстановился. Когда только обратился к нам, то ходил с палочкой, рука и нога плохо работали. К концу курса, примерно через год, он настолько восстановился, что смог даже снова играть на гитаре», — сказал ученый.

Помимо реабилитации после инсульта, интерактивная стимуляции мозга эффективна для всего, что связано с недостаточной или избыточной активностью разных зон мозга, например, для лечения депрессии, зависимостей. Технологию используют и для здоровых людей, есть исследования, направленные на изучение поведения в стрессовых ситуациях, распознавание эмоций.

«Сейчас мы работаем над проектом, посвященным посттравматическим стрессовым расстройствам (ПТСР). Кроме того, пытаемся восстановить сигнал, который получают с помощью дорогого и сложного метода фМРТ, из сигнала более доступного электроэнцефалографа. Его гораздо проще реализовать и поставить в обычной поликлинике для более широкого применения технологии. Сейчас эта идея только в планах, однако, если она воплотится, можно будет использовать ее более широко, тренировать гемодинамику человека, используя электрические сигналы», — прокомментировал Андрей Савелов.

Полина Щербакова

Фото предоставлены исследователем