Реабилитация в цифровом пространстве. Умный тренажёр самарских учёных заново учит пациентов движению

Тело не слушается, рука словно чужая, нет сил её поднять и выполнить самое простое движение, нужно заново учиться ходить и говорить. Всё это — печальный результат поломки в нашем «живом компьютере», повреждения или гибели нейронов головного мозга. Инсульты, черепно-мозговые травмы, нейродегенеративные заболевания — очень часто последствием для пациентов с такими диагнозами становятся нарушения двигательных функций.

Учёные из Самарского государственного медицинского университета Минздрава России (СамГМУ) нашли инновационный способ вернуть человеку возможность выполнять привычные повседневные действия, восстановить утраченные навыки и улучшить качество жизни. На базе Института инновационного развития, который вот уже более 12 лет действует в структуре университета, они создают уникальные медицинские комплексы для нейрореабилитации на основе технологий виртуальной реальности, систем оптического трекинга, биологической обратной связи (БОС) и искусственного интеллекта.

Одна из последних разработок — тренажёр ReviHand («Ревихэнд»), предназначенный для эрготерапии и восстановления мелкой моторики рук. Его прототип уже создан и на данный момент идёт активная апробация. Принцип действия гениально прост — пациент погружается в VR-среду, где взаимодействует с самыми разными виртуальными объектами. «Прикоснуться», «почувствовать», «взять» каждый предмет позволяет специальная перчатка, стимулирующая сенсорику повреждённой руки. Таким образом, зрительные образы, двигательные упражнения и тактильная обратная связь работают одновременно, что заново учит мозг управлять телом, выстраивая новые нейронные связи.

Подробнее о том, как работает ReviHand, нам рассказал один из авторов идеи, разработчик тренажёра и создатель адаптированной виртуальной среды Александр Захаров, к. м. н., директор НИИ нейронаук, доцент кафедры неврологии и нейрохирургии СамГМУ.  

— Александр Владимирович, использование нейротехнологий в двигательной реабилитации — относительно новое направление. Какие заболевания, их последствия можно корректировать с помощью виртуальной реальности?

— Если говорить конкретно об этом устройстве, то его можно применять для реабилитации практически всех нарушений функций верхних конечностей. Как правило, это всё-таки связано с повреждениями центральной нервной системы, которые сопровождаются снижением силы в конечности, появлением неловкости, атаксией — нарушением координации и невозможностью работать с обычными предметами и т. д. Мы в VR-среде даём пациенту последовательность определённых действий, которые он должен выполнить в правильном порядке. Это может быть всё что угодно, начиная от какого-нибудь бытового процесса, например, приготовления пищи. То есть нужно сначала, условно говоря, поставить сковороду на плиту, включить газ, потом положить на сковороду мясо, посолить и т. д. Этот процесс должен быть последовательным. Плюс, среда очень насыщенная. В реальном мире наш пациент находится в достаточно ограниченном сенсорном пространстве, а тут он погружается в другой, яркий и непривычный мир, при этом — максимально реалистичный. И можно смело говорить, что это очень хорошая, стопроцентная иммерсивность. А ключевая особенность ReviHand в обратной связи, когда любое действие подтверждается не только визуальной картинкой, но и тактильно, то есть, человек действительно ощущает какой-то предмет в руке. Он взаимодействует с VR-объектом через вибротактильную перчатку, эксцентрики которой сигнализируют о прикосновении с определённой частотой. В момент контакта создаётся полное ощущение того, что он этот объект берёт в руки. И, измеряя интенсивность и частоту вибрации, мы можем создавать ощущения жёсткости, мягкости, неровной поверхности и т. д. Таким образом, получается мультимодальная биологическая обратная связь. Не моносвязь за счёт визуального контента, а именно мультимодальная, поскольку присоединяется ещё и тактильная чувствительность.

— В чём преимущество такого виртуального тренажёра в сравнении с традиционными методами реабилитации? Или они используются параллельно, в комплексе?

— Говорить о том, что мы создали абсолютно универсальный реабилитационный комплекс, который решит все проблемы, было бы слишком оптимистично. Поэтому однозначно эти устройства применяются в комплексе с традиционными методиками реабилитации, а также другими инновационными методами (роботизированными технологиями, технологиями интерфейс мозг — кокомпьютер). Но его особенность в том, что он не требует серьёзной физической подготовки со стороны пациента и может использоваться даже при невозможности длительной вертикализации (по причине нарушений, например, со стороны сердечно-сосудистой системы). Плюс в VR-среде мы можем менять окружающее пространство, поддерживая высокий уровень мотивации у пациента. Очень важно, что ему это не надоедает и сохраняется высокий интерес к процессу реабилитации. Это как компьютерная игра, условно говоря, когда человек может, не замечая, провести несколько часов в одном положении. А поддержка высокого уровня мотивации как раз и приводит к тому, что длительность занятий может серьёзно увеличиваться. В ситуации, когда человека нужно научить снова двигать рукой, сам процесс требует многократного повтора и, соответственно, достаточного количества времени. Здесь мы за счёт мотивационного компонента в зависимости от того, что больше пациентам нравится, можем эту мотивацию поддерживать на высоком уровне в течение длительного времени, таким образом, создавая условия для динамичного и качественного переобучения. 

— Что «внутри» АПК? Это, условно говоря, кухня, спортзал, лес, где можно грибы собирать? 

— Это может быть всё из вышеперечисленного. У мужчин высокий интерес вызывает рыбалка, когда можно имитировать такие действия, как насаживание червя на крючок, закидывание удочки. В целом в VR-среду можно облечь любое хобби. 

— Какие движения у человека, перенёсшего, например, инсульт, получаются проще, с чего начинается процесс реабилитации? 

— Восстановление всегда идёт поэтапно. Сначала восстанавливается проксимальный отдел — ближе к плечу, потом дистальный — это уже кисть руки, пальцы. Сначала сгибательные движения — это сжатие ладони в кулак, сгибание руки в локтевом суставе, но при этом нельзя забывать и о разгибательных движениях, для предупреждения формирования контрактур. Затем происходит восстановление базовых движений кисти — это шаровый и цилиндрический хват, и на финальном этапе переходим к более тонким движениям — это хват-пинцет или щипковый хват. Когда мы их отработаем, происходит их комбинирование с включением в движение не только кисти, но и более проксимальных отделов руки – предплечья и плеча, формируя более сложные (многосуставные) движения при взаимодействии с физическим объектом. В нашей ситуации — с виртуальными предметами. 

— А потом, когда пациент очки снимает, в реальной жизни он может повторять эти движения также уверенно без картинки вокруг? 

— Конечно, может, ведь он их реально выполняет в VR-среде, система просто дорабатывает их до полного объёма и визуализирует пациенту, чтобы сформировать иллюзию выполненного движения в полном объёме. Условно говоря, у пациента парез, и он сжатие выполняет на 20%. А благодаря визуализации и изменению сложности выполняемого движения он постепенно достраивает и визуализирует его до 100% и может спокойно работать с реальным физическим объектом. Это не эмуляция, которая заканчивается по окончанию игры. Конечный результат — реально выполняемое движение в физическом мире. За 10–15 сеансов на этом АПК у пациентов после инсульта, даже в пожилом возрасте, расширяется спектр двигательной активности до эффективного выполнения бытовых задач. С помощью ReviHand мы ускоряем процесс реабилитации, снижаем степень инвалидизации, увеличиваем способность к самообслуживанию. 

— Это обратимый или необратимый процесс? Нужно будет регулярно повторять виртуальные реабилитационные процедуры? 

— Нет, человек прошёл курс из 10–15 сеансов, длительностью от 20 минут, в зависимости от индивидуального состояния пациента, и зафиксировался, повторять реабилитацию на этом комплексе ему уже не нужно, потому что он уже может взаимодействовать с объектами физического мира. 

— Насколько доступной будет такая методика восстановления?

— Пока производство и использование тренажёров ReviHand сконцентрировано только на базе нашего вуза, до 2027 года мы выполняем госзадание по реализации этого проекта. После того как пройдём все необходимые процедуры по государственным испытаниям и регистрации, запустим в массовое производство. Чего-то сверхдорогого в этом оборудовании нет, поэтому оно будет доступным, программный комплекс можно будет использовать на существующем оборудовании реабилитационных центров и других медицинских учреждений. А что касается востребованности, то она очень высока. В последнее время происходит ренессанс технологий, использующих биологическую обратную связь, потому что они более эффективны. Процесс восстановления идёт гораздо лучше за счёт поэтапных действий, а также сочетания визуального и тактильного восприятия. Не хочу забегать вперёд, но мы ожидаем увеличение эффективности как минимум на 30%. 

— Александр Владимирович, спасибо за такую интересную и жизнеутверждающую информацию.

Текст: Алина Иванова

Фото: пресс-служба СамГМУ