Инсульт является одной из основных причин, определяющих длительную инвалидизацию пациентов во всем мире. Двигательный и когнитивный дефицит, возникающий вследствие инсульта, отрицательно влияет на мобильность пациентов, значительно ограничивает возможности в повседневной бытовой деятельности, тем самым ухудшая их социальную интеграцию и снижая вероятность возврата к профессиональной деятельности [1, 2].
Нейрореабилитация (НР), основанная на принципах системности, последовательности, специфичности, адекватности реабилитационного пособия, значимо уменьшает проявления неврологического дефицита, возникшего вследствие инсульта у данной категории больных.
В основе НР лежит системная организация мозговых функций, которая определяет резервные возможности головного мозга в условиях патологического процесса. В процессе двигательного переобучения пациента происходит реорганизация его мозговых функций, что в итоге приводит к восстановлению или компенсации нарушенных функций. Главной целью НР является достижение истинного восстановления. Такой подход представляется наиболее правильным и заключается в том, что функции организма полностью возвращаются или максимально приближаются к исходному состоянию. Восстановление утраченных функций большей частью происходит за счет перестройки сохранных функциональных систем. Этот процесс обеспечивают пластичность нервной системы и анатомические связи между ее отделами.
Реабилитация неврологических пациентов в настоящее время располагает большим количеством методик, которые направлены на активацию пластических процессов в нейронных сетях, замещающих или компенсирующих утраченную функцию. Однако в большом числе клинических случаев восстановление утраченных функций происходит в ограниченном объеме. Развитие методики активации моторной коры, специфичной конкретному движению, а именно технологии интерфейса мозг– компьютер–экзоскелет кисти (ИМКЭ кисти), качественно улучшило реабилитацию в этом направлении [3, 4].
ИМКЭ кисти — это устройство, использующее нейрофизиологическую активность мозга для прямого управляющего воздействия на внешние приборы без включения типичных нейромышечных путей [5]. В основе реабилитационного тренажера ИМКЭ кисти с визуальной и кинестетической обратной связью лежит способность пациентов генерировать различные ЭЭГ-сигналы (в нашем случае μ-ритм (мю-ритм) на ЭЭГ в двигательных зонах мозга), что позволяет «соединять мозг» с внешними устройствами без участия нейромышечных путей. Реабилитационный тренажер ИМКЭ использует ментальные двигательные представления (МДП) выполнения активных движений, которые, по данным функциональной нейровизуализации, активизируют двигательные зоны коры головного мозга [6], за исключением случаев, когда инсульт нарушает способность мозга формировать МДП [7].

Известно, что многократное мысленное повторение, называемое идеомоторной тренировкой (ИТ), способствует не только формированию двигательного навыка в нормальных физиологических условиях, но и восстановлению нарушенного или утраченного в условиях патологии центральной нервной системы. Идеомоторное упражнение — это выполнение человеком того или иного активного двигательного действия мысленно (по представлению), так называемая мысленная тренировка. Пациенту дают инструкцию представить выполнение определенного движения (например, вытянуть руку, раскрыть кисть, сжать кисть в кулак, взять со стола чашку и т. п.) от первого или третьего лица. Если заданное мысленное действие выполняется от первого лица, то с большой долей вероятности пациент выполняет его кинестетически. Если пациент выполняет идеомоторное действие от третьего лица, то такой способ выполнения соответствует визуальному [8]. Кинестетический способ решения ментальной задачи пациентами более прочно ассоциируется со способностью успешно взаимодействовать с реабилитационными нейрокомпьютерными интерфейсами по сравнению с визуальным вариантом решения ментальной задачи [9].
Существует несколько основных гипотез относительно механизма действия мысленных тренировок. Так называемая нервно-мышечная теория [10] основана на предположении, что мысленная тренировка вызывает подпороговую активацию мышц, участвующих в мысленном движении, и приводит к закреплению двигательной программы. Согласно второй теории, представление движений способствует возникновению специфических нейрофизиологических паттернов, аналогичных тем, которые происходят при условии выполнения реального движения, в проекции двигательных областей коры. Исследования с применением функциональной МРТ (fMRI) говорят о реорганизации двигательной системы в обоих полушариях головного мозга на фоне тренировок представления движения [6, 11].

Режим дозирования идеомоторных тренировок, по данным рандомизированных клинических исследований, достаточно вариабелен. Статистически значимый эффект (по двигательным шкалам FMA и ARAT) был показан при занятиях по 30 мин 2 раза в неделю в течение 6 недель [12]. При этом для ментальных тренировок были выбраны функционально значимые движения вроде достижения и захвата объекта, использования письменных принадлежностей и т. п.
Однако использование ИТ для восстановления нарушенных движений у взрослых пациентов после мозговой катастрофы дает противоречивые результаты [13]. Нарушения элементов контроля двигательной системы мозга негативно сказываются как на возможности выполнять движения, так и на способности к их представлению. Виной тому могут быть когнитивные нарушения, развивающиеся у больных вследствие инсульта [1, 14].
Перспективы применения у больных с повреждением головного мозга реабилитационных технологий, основанных на представлении движения, дают обнадеживающие результаты [12]. ИТ рассматривают в виде дополнительного метода в составе комплексной реабилитационной терапии. Сочетание идеомоторного тренинга с базовой лечебной физкультурой, соответствующей неврологическому дефициту, лежит в основе целеориентированной терапии (англ. repetitive taskspecific practice, RTP). Ранее было показано, что эффект тренировок с представлением движений на нейронную пластичность развивается и сохраняется в долгосрочной перспективе, например, при систематическом многодневном графике мысленных тренировок [15].

Представление движения субъективно, в связи с этим имеются сложности по объективизации этого процесса. Разные исследователи предлагали идеи использования реакции десинхронизации сенсомоторных ритмов ЭЭГ, возникающих на фоне представления движения [4, 16]. Десинхронизация сенсомоторных ритмов ЭЭГ действительно позволяет детектировать мысленное представление движения, однако специфичность такой реакции остается не до конца изученной.
В литературе было уделено внимание необходимости оценки индивидуальной способности к представлению движений [17]. Они описали тест анкетного типа — MIQ (aнгл. movement imagery questionnaire), который впоследствии был доработан для применения на клинической популяции. Тесты MIQ, MIQ-R в основном применяют у спортсменов, а опросники MIQ-RS у людей, испытывающих затруднения в выполнении движений.
Реабилитационную технологию ИМКЭ кисти с мультисенсорной обратной связью (визуальной и кинестетической) можно обозначить как контролируемый идеомоторный тренинг. В основе ИТ, контролируемой посредством ИМКЭ кисти, лежит усиление афферентной стимуляции с верхней конечности посредством механической работы экзоскелета, только в ответ на успешное решение пациентом предъявленной ему ментальной задачи.
Таким образом, одной из важнейших проблем при изучении представления движений является определение способности пациента к реализации ментальной двигательной программы, так как именно это определяет эффективность взаимодействия пациента с данной реабилитационной технологией.
Целью нашего исследования было изучить факторы, влияющие на двигательное восстановление верхней конечности у пациентов после инсульта в раннем восстановительном периоде на фоне применения технологии ИМКЭ.

ПАЦИЕНТЫ И МЕТОДЫ

Исследование проводили в Научно-исследовательском институте цереброваскулярной патологии и инсульта РНИМУ им Н. И. Пирогова на базе ГКБ 31 г. Москвы, неврологического отделения для больных с инсультом в период с сентября 2018 по апрель 2019 г.
Критерии включения пациентов в исследование: мужчины и женщины в возрасте 18–80 лет; наличие в головном мозге единичного очага инсультной этиологии подкорковой локализации давностью до двух лет; сохранность когнитивных функций, равная не менее 22 баллов по Монреальской шкале оценки когнитивных функций (МоСА) [18]; двигательный дефицит в верхней конечности от 0 до 4 баллов по Британской шкале оценки мышечной силы (MRCMS) [19]; праворукость пациента по данным Эдинбургского опросника мануальной асимметрии [20].
Критерии исключения: давность инсульта более двух лет; леворукость по данным Эдинбургского опросника мануальной асимметрии; выраженное снижение когнитивных функций; сенсорная афазия; грубая моторная афазия; грубое нарушение зрения, не позволяющее выполнять визуально предъявляемые на экране компьютера инструкции; наличие мышечной контрактуры в руке, достигающей 4 баллов по модифицированной шкале Ashworth (mAS) [21].

В текущий анализ были включены данные 24 пациентов, из которых было 14 (58,3%) мужчин и 10 (41,7%) женщин. Медиана возраста составила 56,5 (51,0; 62,0) лет. Единичный очаг инсультной этиологии ишемического характера — у 20 (83,3%) пациентов и геморрагического характера — у 4 (16,7%) пациентов, супратенториальной локализации — у всех 24 (100%) пациентов (по данным КТ, МРТ). Левополушарное поражение выявлено в 11 (45,6%) случаях, правополушарное — в 13 (54,4%) случаях. Давность инсульта — 4 (3,0;12,0) месяца. Медиана МоСА составила 25,0 (23,0; 27,0) баллов, что соответствует наличию умеренного когнитивного дефицита. Часть пациентов, участвовавших в исследовании, получали терапию в условиях стационара (n = 11), остальные амбулаторно (n = 13). Курс занятий на тренажере включал 9,5 (8,0; 10,0) процедур.
В исследовании использовали ИМКЭ кисти с кинестетической и визуальной обратной связью («Экзокисть-2») (РНИМУ им. Н. И. Пирогова; Москва) (см. рисунок).
ИМКЭ кисти основан на анализе паттернов ЭЭГ и распознавании реакции синхронизации/десинхронизации сенсомоторного μ-ритма при воображении движений рук. Сигналы ЭЭГ фильтровали в полосе частот 5–30 Гц. В исследовании применяли классификатор паттернов ЭЭГ, основанный на методе Байеса [22]. В качестве показателей точности классификации использовали индекс каппа Коэна (при идеальном распознавании κ = 1, при случайном распознавании κ = 0 [23]) и процент правильных ответов классификатора (более 33% — распознавание выше случайного, так как пациенты выполняют по инструкции ментальные задачи).

Результаты распознавания 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, а экзоскелет разгибал пальцы кисти. При распознавании других задач, цвет метки не менялся, а экзоскелет не срабатывал [4]. Таким образом, этот вид терапии можно назвать управляемой идеомоторной тренировкой с использованием принципов многоканальной биологической обратной связи по зрительному, кинестетическому анализаторам и ЭЭГ.
Во время процедуры на голову пациента надевали шапочку с электродами для регистрации ЭЭГ, под каждый из которых был нанесен электродный гель. Кисти обеих рук фиксировали электромеханизированным экзоскелетом, предназначенным для разгибания пальцев кисти в физиологическом объеме. В процессе тренинга человек сидел в кресле перед компьютерным монитором. В центре темного экрана монитора находился круг, служащий для фиксации взгляда, вокруг него расположены три стрелки для обозначения инструкций изменяющимся цветом. Пациент выполнял одну из трех инструкций: расслабиться, кинестетически представить медленное разгибание пальцев кисти правой или левой руки. Инструкции на воображение разгибания пальцев правой или левой руки (изменение цвета стрелки справа или слева соответственно) предъявляли в случайном порядке в течение 10 с. Между инструкциями по воображению движения предъявляли инструкцию расслабиться (загоралась верхняя стрелка) тоже в течение 10 с. По инструкции «расслабиться» пациент должен спокойно сидеть и смотреть в центр экрана. Одна процедура содержала до трех вышеописанных сессий, каждая длительностью 10 мин. Между сессиями пациент отдыхал не менее 3 мин. С каждым пациентом занятия на тренажере ИМКЭ кисти проводили в течение 14–18 дней, с возможными промежутками между занятиями до 2 дней.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Пациенты прошли курс комплексной двигательной реабилитации, включавший в себя стандартизированную методику реабилитации больных после инсульта (ООКТ 1–4 ступень, PNF, тренировки на кардиотренажере «Мotomed») [24] с включением в программу занятий на тренажере ИМКЭ кисти в количестве 9,5 (8,0; 10,0) процедур.
Для оценки двигательной функции верхней конечности пациентов применяли шкалы Fugl-Meyer Assessment (FMA) [25], Британскую шкалу оценки мышечной силы (MRCWS), модифицированную шкалу спастичности Ashworth (mAS). Для оценки функциональной активности верхней конечности мы использовали Action Research Arm Test (ARAT) [26]. Для оценки повседневной жизнедеятельности применяли Barhtel Index (BI). Для оценки качества идеомоторного представления мы использовали шкалу Movement Imagery Questionnaire (MIQ-RS) для клинической популяции.
Статистическую обработку результатов проводили с помощью критериев Манна–Уитни, Уилкоксона, коэффициента корреляции Спирмена на персональном компьютере с применением пакета прикладных программ Statistica v 13.0 (StatSoft; США). Данные представлены в виде медианы и межквартинтельного интервала (25; 75%). Статистически значимыми считали различия при p < 0,05.
Медиана качества управления пациентами нейрокомпьютерным интерфейсом (индекс каппа Коэна и процент распознавания) составила 58,5% (45,7; 62,6) (р < 0,05), что подтверждает успешность взаимодействия пациентов с нейроинтерфейсом.

Для изучения возможности и качества кинестетической компоненты идеомоторного представления на основании данных теста MIQ-RS мы разделили пациентов на две группы в зависимости от латерализации очага поражения в головном мозге (табл. 1).
Различия полученных показателей были статистически значимы. Больные с левополушарной локализацией очага инсульта оказались более успешными в формировании ментального кинестетического двигательного представления, чем пациенты с правополушарной локализацией очага, что не противоречит данным литературы [27].
Однако попытка поиска корреляции между качеством моторного представления больными в зависимости от «стороны инсульта» и эффективностью взаимодействия с ИМКЭ кисти, по данным классификатора, успеха не принесла. В связи с этим пациенты были разделены на две группы по качеству моторного представления, исходя из данных шкалы MIQ-RS, в зависимости от полученных баллов. Первую группу составили те из пациентов, кто набрал более 50% баллов в субшкале от максимального значения, отражающей кинестетическую составляющую представления; вторую группу — те, кто набрал менее 50%. 13 пациентов субъективно оценили возможности своего кинестетического представления достаточно высоко, медиана показателя составила 47,5 (32,0; 54,0) балла. Медиана показателя остальных 11 пациентов — 27,0 (15,0; 29,0) баллов. Различие в группах по выделенному показателю достигло статистической значимости (p < 0,05). Далее была изучена связь качества моторного представления пациентами с успешностью взаимодействия их с ИМКЭ кисти (табл. 2).

При анализе полученных данных была выявлена значимая умеренная корреляция между успешностью моторного представления (MIQ-RS) и эффективностью взаимодействия пациентов с ИМКЭ кисти. Другими словами, пациенты с высокими показателями по шкале MIQ-RS показывали достоверно высокие значения классификатора, а пациенты с более низкими взаимодействовали с ИМКЭ кисти достоверно хуже.
Зависимость восстановления двигательной и функциональной активности пациентов от эффективности их взаимодействия с ИМКЭ кисти представлена в табл. 3.
В обеих группах в восстановлении двигательной и функциональной активности верхней конечности была выявлена положительная статистически значимая динамика. У пациентов с более успешным представлением движения динамика была более выраженной, но не достигла значимых различий с пациентами другой группы. Кроме того, на данной выборке пациентов не был обнаружено значимой корреляции между успешностью взаимодействия пациентов с нейроинтерфейсом (по данным классификатора) и выраженностью динамики двигательного восстановления функции верхней конечности, что возможно объясняется недостаточным количеством участников. Положительную динамику по шкале BI наблюдали у пациентов обеих групп за счет движений, требующих бимануального выполнения.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Неинвазивные нейроинтерфейсы позволяют людям контролировать внешние устройства с помощью декодирования мозговой активности в режиме реального времени. В неинвазивных подходах ИМК пользователи участвуют в когнитивной задаче, такой как визуальное внимание или двигательное представление, в то время как сигналы их мозга записывают с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ) и декодируют в режиме онлайн для окончательного контроля над внешними устройствами [28]. Несмотря на технические достижения и продолжающееся усовершенствование технологии нейроинтерфейсов, способность эффективно взаимодействовать остается ограниченной для некоторых пользователей здоровой популяции. Показано, что доля пользователей, которые не могут добиться успешного контроля, находится в диапазоне 15–30% [29]. По результатам исследований с участием большего количества субъектов, до 50% пользователей не могут достичь точности выше 70% — порога, который обычно считают более точным для определения успешного контроля [30]. Важно, что эти показатели отражают возможности лиц здоровой популяции. В нашем исследовании участвовали пациенты неврологического профиля, имеющие умеренный когнитивный дефицит. Несмотря на это часть пациентов во взаимодействии с нейроинтерфейсом были более успешными: индекс каппа Коэна и процент распознавания у них составили 63,0% (54,0; 67,0), а часть пациентов менее успешными — их показатель составил 39,0% (32,0; 48,0). Уровень полученных данных коррелировал с результатами тестирования пациентов с помощью шкалы MIQ-RS. Результат работы имеет большое теоретическое и практическое значение, так как наглядно подтверждает единство когнитивных и двигательных процессов в организме человека, демонстрирует необходимость дуалистического подхода к процессу восстановления как двигательных, так и когнитивных функций при поражении мозга, ставит задачи по разработке персонифицированного подхода к использованию технологии в целях получения наилучшего результата, что, в свою очередь, приведет к более рациональному использованию реабилитационных ресурсов.

ВЫВОДЫ

В исследовании выявлена взаимосвязь способности пациентов к моторному представлению (по данным шкалы MIQ-RS) с эффективностью взаимодействия пациентов с нейроинтерфейсом. Для выявления влияния успешности взаимодействия пациентов с нейроинтерфейсом (по данным классификатора) на динамику двигательного восстановления функции верхней конечности вероятно требуется продолжить исследование с увеличенным объемом выборки.