Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Проведен критический анализ и изучен математический аппарат теории интегрированной информации применительно к проблеме хронических нарушений сознания, освоены методики ТМС-ЭЭГ с определением индекса пертурбационной сложности (perturbation complexity index, PCI), фМРТ покоя с выделением сети пассивного режима работы мозга (default mode network, DMN) и построением коннектомов. Проведено обследование 20 здоровых добровольцев и 17 пациентов с хроническими нарушениями сознания: 8 пациентов с постгипоксическим вегетативным состоянием (ВС; средний возраст - 42,8 г; срок после эпизода аноксии – от 5 месяцев до 3 лет, исходная оценка по Шкале выхода из комы [Coma Recovery Scale – Revised, CRS-Rв среднем составляла 6,2 балла); 5 пациентов с постгипоксическим перманентным состоянием минимального сознания (СМС, средний возраст – 38,2 г., срок после эпизода аноксии – от 1 года до 3 лет, средняя исходная оценка по шкале выхода из комы CRS-R - 13,4) и 4 пациента с СМС травматического генеза (средний возраст – 33,3 года, срок после травматического повреждения головного мозга – от 5 месяцев до 3 лет, средняя исходная оценка по шкале CRS-R - 17,7). Получены значения PCI: у здоровых добровольцев (n-=12) - в пределах 0,31 – 0,57; у пациентов с хроническими нарушениями сознания значения PCI варьировались в зависимости от точки стимуляции и находились у всех пациентов в СМС (n=7) – диапазоне 0,30-0,45, т.е. выше 0,3, что согласуется с данными Casali et al. 2013; у пациентов в ВС (n=5) – в диапазоне 0,16-0,27, что говорит об отсутствии интегрированной и дифференцированной реактивности коры головного мозга в ответ на ТМС. В двух случаях (пациенты с постгипоксическим перманентным ВС) отмечалась высокая комплексность ответа при стимуляции париетальных и фронтальных зон коры головного мозга, что соответствует наличию сознательной деятельности. Полученная в трех случая значительная разница показателей PCI при стимуляции париетальных и фронтальных областей может говорить об участии этих зон в процессе сознания и дезорганизации их функционирования с невозможностью формирования единой интегрированной сети. С помощью фМРТ покоя у пациентов с наблюдаемыми признаками сознательной деятельности и здоровых добровольцев наблюдался синхронный сигнал от зон, соответствующих DMN. У всех здоровых добровольцев была выявлена DMN, включающая в себя медиальные отделы лобных долей, задние отделы ангулярных извилин, нижние теменные извилины и супрамаргинальные извилины, что соответствует литературным данным, однако у пациентов, находящихся в состоянии минимального сознания, наблюдался редуцированный сигнал от зон ангулярной, парагиппокампальной, медиальной лобной извилин и таламуса. Возможно, синхронность полученного сигнала соответствует зонам, участвующим в формировании процесса сознания. У пациентов в вегетативном состоянии сигнала от DMN выявлено не было. Таким образом, с помощью фМРТ покоя были намечены структуры, изменяющие свою активность при нарушении сознания у пациентов с повреждениями нервной системы. Были построены функциональные коннектомы для 3 групп пациентов (ВС, СМС минус и СМС плюс) и здоровых добровольцев. У пациентов с ВС значимых связей выявлено не было. У пациентов в группе СМС минус положительная корреляция была выявлена для трёх связей, в то время как у пациентов с СМС плюс количество связей значимо возрастало. При анализе связей DMN было установлено, что по мере улучшения уровня сознания отмечалось увеличение коэффициента корреляции между медиальной префронтальной корой и другими зонами за пределами DMN. Таким образом, было показано, что количество связей в коннектоме увеличивается по мере повышения уровня сознания, и особое значение, благодаря своим связям с другими зонами, входящими в DMN, имеет медиальная префронтальная кора. У 8 пациентов (3 пациента с постгипоксическим перманентным ВС, исходная оценка по шкале CRS-R у всех пациентов составляла 4 балла; 3 пациента с постгипоксическим перманентным СМС исходная оценка по CRS-R – 14, 16 и 18 баллов; и 2 пациента с СМС травматического генеза исходная оценка по CRS-R – 19 и 20 баллов) проведена неинвазивная стимуляция ангулярной извилины с помощью рТМС. Нежелательных явлений во время рТМС у пациентов не наблюдалось. У всех пациентов с СМС после курса в рТМС оценка по шкале CRS-R увеличилась в среднем на 2 балла, состояние пациентов с ВС клинически не изменилось. По данным фМРТ покоя, после курса стимуляции у пациентов с СМС было отмечено усиление сигнала в зонах, входящих в состав DMN и отсутствие таковой у пациентов в ВС. Также у 2 пациентов было проведено ТМС-ЭЭГ с вычислением PCI до и после курса неинвазивной стимуляции PCI. В 2 случаях (1 пациент с СМС, 1 пациент с ВС) отмечалось изменение индекса PCI: у пациента с СМС PCI – с 0,29 до 0,43, у пациента с ВС – с 0,22 изменилось на 0,25. Возможно, левая ангулярная извилина не только участвует в процессе формирования сознания, но может быть эффективной мишенью для неинвазивной стимуляции. Данный метод может стать новым эффективным методом реабилитации пациентов с перманентным хроническим нарушением сознания. C помощью PCI можно оценивать эффективность неинвазивной стимуляции головного мозга. Планируется продолжить данное исследование для набора большего количества данных, дополнение оценки структурной коннективности за счёт анализа данных МРТ DTI. Основной задачей будет разработка методов сопоставления нейрофизиологических и нейровизуализационных данных, полученных у здоровых добровольцев и пациентов со стойкими синдромами нарушения сознания, используя методы анализа многомерных данных. Планируется продолжить разработку протокола неинвазивной стимуляции мозга у пациентов с хроническими нарушениями сознания.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
На данный момент исследуемую популяцию составляет 31 пациент с хроническим нарушением сознания (ХНС), в т.ч. 18 пациентов – в вегетативном состоянии (ВС), включая 13 случаев нетравматической (8 случаев остановки кровообращения) и 5 – травматической этиологии. Оценка по пересмотренной шкале восстановления после комы (Coma Recovery Scale Revised, CRS-R) составляла от 4 до 10 баллов (средняя оценка по CRS-R=7,12 балла). В состоянии минимального сознания (СМС) находились 13 пациентов, оценка по CRS-R составляла от 9 до 22 баллов (средняя оценка по CRS-R=14,5 баллов), из них 4 случая травматического и 9 – нетравматического генеза. В результате анализа данных ТМС-ЭЭГ у 23 пациентов получены значения индекса сложности пертубаций (perturbation complexity index, PCI), которые у 64% пациентов в СМС (всего n=11) находились в диапазоне 0,31-0,45, т.е. выше порогового значения PCI* = 0,31 для дифференцировки между категориями «сознания» или «отсутствием сознания» (Casali et al., 2013; Casarotto et al., 2016). У 4 пациентов значения PCI составляли от 0,15 до 0,30. У 9 из 12 пациентов в ВС значения PCI находились в диапазоне 0,14-0,29, то есть ниже PCI*=0,31. Кроме того, у 3 пациентов в ВС были выявлены ответы с высокой сложностью распределения (high-complexity). Результаты подтверждают возможность достаточно точного количественного объективного определения наличия сознательной деятельности у пациентов в СМС в отличии от пациентов с ВС. Они демонстрируют воспроизводимость методики расчёта и значений PCI и возможность его применения в совокупности с клинической оценкой (CRS-R) в качестве дифференциальной диагностики хронических нарушений сознания. В ходе анализа данных фМРТ с оценкой коннектома с помощью построения матриц связности был предложен индекс интактности коннектома (index of connectome intactness, ICI), который представляет собой коэффициент корреляции Пирсона индивидуального вектора связности со средним нормальным вектором связности, а также индекс интактности бинаризованного коннектома (index of thresholded connectome intactness (ITCI) который представлял собой меру сохранности наиболее сильных функциональных связей. Было показано, что у пациентов с ХНС по сравнению со здоровыми лицами нарушается связность большинства сетей покоя, а также паттерны сильных функциональных связей внутри коннектома. Распределение индекса ICI у здоровых добровольцев значимо отличается от распределения у пациентов с ХНС. Пациенты в СМС имели более высокие (ближе к нормальным) значения ITCI, чем пациенты в ВС. Эти результаты позволяют предположить, что наличие сильных положительных корреляций между функциональной активностью определённых зон мозга может иметь ключевое значение для формирования сознания. По результатам анализа компонентов default mode network (DMN) при фМРТ покоя (медиальная префронтальная кора (MPFC), левая ангулярная извилина (lAng), правая ангулярная извилина (rAng) и задняя часть поясной извилины (PCC)), в группе пациентов с ВС был выявлен отчётливый сигнал от медиальной префронтальной коры (58% случаев), от задней части поясной извилины (17%), левой (25%) ангулярной извилины. Сигнал от правой ангулярной извилины во всех случаях ВС либо отсутствовал вовсе, либо был слабым. В группе пациентов с СМС был зарегистрирован отчётливый сигнал от зоны правой (20%) и левой (40%) ангулярных извилин. У большой части пациентов этой группы был также зарегистрирован отчетливый сигнал в зоне задней части поясной извилины (50%) и медиальной префронтальной коры (40%). В обеих группах пациентов (ВС и СМС) была выявлена статистически значимая (р<0,05) сильная положительная корреляционная связь между выявлением сигнала от зон задней части поясной извилины (РСС; r=0,6397) и правой ангулярной извилины (rAng; r=0,5775), и оценкой по шкале CRS-R. Таким образом, спонтанная нейрональная активность в пределах DMN у больных с ХНС снижена по сравнению со здоровыми в обеих ангулярных, а также в поясных извилинах. Этим подтверждается роль нарушения связности в сети DMN как биомаркера ХНС. При оценке совокупной сохранности зон, входящих DMN была выявлена значимая корреляция (r=0,466, p=0,003) между суммарной оценкой активности компонентов DMN и категорией пациентов (ВС или СМС). Таким образом, можно предполагать, что по мере улучшения клинически выявляемых признаков наличия сознательной деятельности выраженность нейрональной активности в анатомически удаленных друг от друга зонах, входящих в DMN, также нарастает. При сравнении данных фМРТ покоя с разделением на 5 модулей (I сомато-сенсорный/моторная + слуховая сеть, II зрительная сеть, III сеть внимания, IV DMN, V вегетативная (лимбическая/паралимбическая) + подкорковая сети) у пациентов в СМС в сравнении с пациентами в ВС (МСС>ВС) были получены результаты, указывающие на различия в регионах, входящих, преимущественно, в модули IV и V (DMN и вегетативную сеть). При анализе данных трактографии было показано, что различные типы ХНС можно оценить количественно с помощью скалярных показателей куртозисных изображений с более высокой чувствительностью по сравнению с традиционной трактографией. Такой показатель, как средний куртозис позволяет оценить целостность белого и серого вещества на микроструктурном уровне. Был предложена способ оценки взаимосвязи между выраженностью структурных изменений вещества мозга на МРТ и видом ХНС (шкала дифференциальной диагностики хронических нарушений сознания, ДД ХНС). При оценке 30 пациентов с ХНС суммарный балл по шкале ДД ХНС варьировал от 2 до 11. В результате проведения ROC-анализа был определен пороговый балл 5,5. Таким образом, пациенты с суммарным баллом 6 и выше относятся к группе в вегетативном состоянии, 5 и ниже – в состоянии минимального сознания с чувствительностью 81,3%, специфичностью 85,7% (площадь под кривой 84,2%, р = 0,001). Учитывая относительно высокую чувствительность и специфичность, шкала ДД ХНС имеет дальнейшую перспективу для изучения её значимости на большей выборке пациентов. По результатам ритмической ТМС (рТМС) ангулярной извилины у пациентов с ХНС (n=27) у 5 из 7 пациентов с СМС после курса в рТМС объективная оценка неврологического дефицита по шкале CRS-R улучшилась на 1-4 балла. Это также сопровождалось увеличением времени активности пациента в течение суток. Состояние всех пациентов с ВС клинически не изменилось. В целом было отмечено значимое изменение оценки по CRS-R до и после рТМС у пациентов с СМС (n=12): среднее изменение составило 1,8 балла, p=0,005. В подгруппе пациентов с ВС (n=15) значимых изменений оценки по CRS-R выявлено не было (среднее изменение 0,31, p=0,35). При анализе функциональной и эффективной коннективности по данным ТМС-ЭЭГ с расчётом индекса PCI значимых изменений до и после рТМС как у пациентов с ВС (n=8), так и у пациентов с СМС (n=10) выявлено не было (среднее изменение составило 0,012, p=0,46 и 0,020, p=0,51, соответственно). Отсутствие изменений коннективности после курса рТМС у пациентов с СМС может согласуется с тем фактом, что различия по значению PCI между пациентами в СМС и лицами без нарушений сознания, отсутствуют, и значения этого индекса позволяют провести отчётливую границу лишь между категориями «отсутствия» и «наличия» сознательной активности. (Casarotto et al., 2016). Изменения PCI и CRS-R до и после рТМС не коррелировали между собой (r Спирмана 0,15, p=0,5). Таким образом, у исследованных пациентов с СМС применение рТМС ангулярной извилины привело к значимому улучшению их неврологического статуса и повышению уровня сознания, в отдельных случаях – качественное изменение диагноза (с предполагаемого ВС на МСС). Учитывая результаты 2016 года, можно предполагать, что разработанный протокол является эффективным для пациентов с СМС, но неэффективным для ВС. Дальнейшие шаги в исследовании будут включать в себя совмещение накопленных данных по функциональной и эффективной коннективности, полученных при фМРТ покоя и ТМС-ЭЭГ. Будет продолжен набор пациентов для завершения предварительной оценки клинической эффективности протокола рТМС, и будут проанализированы данные по динамике результатов фМРТ покоя и ТМС-ЭЭГ до и после стимуляции. В случае подтверждения клинической эффективности неинвазивной стимуляции будет обсуждаться дальнейшие пути разработки этого направления и клинического применения рТМС у пациентов с ХНС.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В исследование в 2018 г. было включено 6 пациентов, итого в исследовании участвует 43 пациента, трое из которых проходили полный курс обследования и лечения дважды, итого 46 случаев, соответствующих критериям для участия в исследовании. Из них 24 пациента находились в вегетативном состоянии (ВС), в т.ч. 21 случай (88%) - нетравматической и 3 (12%) – травматической этиологии. Оценка по пересмотренной шкале восстановления после комы (Coma Recovery Scale Revised, CRS-R) составляла от 4 до 10 баллов (средняя оценка по CRS-R=5,9±1,4 балла). В состоянии минимального сознания (СМС) находились 22 пациента. Оценка по CRS-R составляла от 7 до 20 баллов (средняя оценка по CRS-R=13,8±4,2 баллов), из них 12 случаев (55%) нетравматического и 10 (45%) – травматического генеза. В результате анализа функциональной коннективности у пациентов с ХНС по данным ТМС-ЭЭГ получены значения индекса сложности пертурбаций (perturbation complexity index, PCI) у 35 пациентов (приведены объединённые значения для пациентов, включённых в исследование в 2016-2018 гг.) с хроническими нарушениями сознания. Величина PCI у пациентов с ХНС варьировала в зависимости от точки стимуляции. У 9 из 14 пациентов в СМС (64%) она находилась в диапазоне 0,31-0,45, т.е. выше порогового значения PCI* = 0,31, оптимально разделяющего сознательные и бессознательные состояния. У 5 пациентов значения PCI составляли от 0,2 до 0,3, что может быть связано с вариабельностью ответов ТМС-ЭЭГ у пациентов с грубыми структурными поражениями головного мозга. У 4 из 5 пациентов в СМС с индексом ниже PCI* оценки по шкале CRS-R были невысокими (11-12 баллов). У 18 из 21 пациентов (86%), находящихся в ВС, значения PCI находились в диапазоне 0,1-0,29, то есть ниже PCI*=0,31, что свидетельствовало, согласно теории интегрированной информации Дж. Тонони, об отсутствии интегрированной и дифференцированной реактивности коры головного мозга в ответ на стимуляцию. Кроме того, у 3 пациентов в вегетативном состоянии были выявлены ответы, которые имели высокую сложность распределения и соответственно, высокие значения PCI (“high complexity”). Возможно, более высокое, чем у большинства пациентов в ВС, значение PCI, отражает диссоциацию между наличием «потенциала к осознанной деятельности» за счёт сохранных участков нейронных сетей, участвующих в формировании сознания, и отсутствием у пациента поведенческих признаков сознания. Таким образом, полученные результаты подтверждают возможность количественного объективного определения наличия сознательной деятельности у пациентов в минимальном состоянии сознания в отличии от пациентов с вегетативным состоянием. Они демонстрируют воспроизводимость индекса сложности пертурбаций и возможность его применения в совокупности с клинической оценкой (CRS-R) для дифференциальной диагностики хронических нарушений сознания. Методика поддаётся репликации, что говорит об универсальности данного метода в исследовании пациентов с ХНС. Результаты анализа функциональной коннективности по данным фМРТ покоя – анализ коннектома с помощью построения матриц связности с включением обновлённых данных, подтвердили, что общий уровень связности у пациентов с ХНС снижен по сравнению с здоровыми добровольцами. Однако общий уровень функциональной связности недостаточен для объяснения различий между уровнями сознания, поэтому можно предположить, что некоторые аспекты нормальной обработки информации требуют наличия определенных паттернов корреляций. Поскольку сила связи может быть концептуально соотнесена с функциональной интеграцией в сетях головного мозга, интересный вопрос для дальнейшего исследования заключается в том, соответствуют ли данные результаты наличию у пациентов в СМС похожего уровня интеграции, но более высокой дифференциации по сравнению с пациентами в ВС. При сопоставлении нейрофизиологических и нейровизуализационных данных проводилось сравнение точности дифференциации пациентов в ВС и СМС на основе данных ТМС-ЭЭГ и фМРТ покоя, которое показало, что индекс PCI обеспечивает более точное разделение групп (площадь под ROC-кривой: AUC = 0,86), чем индексы ITCI (AUC = 0,69) и HDI (AUC = 0,72). Сопоставление результатов клинической оценки, а также данных, полученных методами ТМС-ЭЭГ и фМРТп, показало следующие результаты. Индекс PCI имеет значимую корреляцию со шкалой CRS-R средней силы (тест Спирмена, ρ = 0,59, p = 0,0002). Корреляция индексов ITCI и HDI со шкалой CRS-R не достигает статистической значимости (ρ = 0,28, p = 0,08 и ρ = 0,31, p = 0,06 соответственно). Значения индекса PCI не имеют значимой корреляции с индексами ITCI и HDI (ρ = 0,18, p = 0,3 и ρ = 0,23, p = 0,2 соответственно). При этом индексы, основанные на фМРТп, имеют сильную корреляцию между собой (ρ = 0,78, p < 0,0001). При изучении системы регионов мозга и их связей, задействованных в сознании (элементы «модели сознания») были определены сети покоя и связи между ними, которые наиболее сильно нарушаются у пациентов в ВС по сравнению с пациентами в СМС, а значит, предположительно, имеют значение для поддержания процесса сознания: - сеть пассивного режима работы (Default Mode Network, DMN) – связи внутри этой сети, а также ее связи с лобно-теменной сетью контроля (Frontoparietal Control Network), вентральной сетью внимания (Ventral Attention Network), дорсальной сетью внимания (Dorsal Attention Network) и соматомоторной сетью (Somatomotor Network); - лобно-теменная сеть контроля – связи с дорсальной сетью внимания и зрительной сетью (Visual Network); - лимбическая сеть (Limbic Network) – связи с вентральной сетью внимания. Таким образом, можно предположить, что ядром системы, обеспечивающей сознание, являются мультимодальные регионы мозга, входящие в сеть пассивного режима работы, лобно-теменную сеть контроля, дорсальную и вентральную сети внимания. Для здоровых добровольцев характерен определённый паттерн функциональных взаимодействий этих систем между собой, а также с афферентными и эфферентными зонами. Отклонения от этого паттерна ассоциированы с состояниями нарушения сознания. Необходимы дальнейшие исследования для выяснения роли каждой из этих сетей и уточнения характера их взаимодействий в процессе выполнения осознанной обработки информации. Курс ритмической ТМС (рТМС) ангулярной извилины в 2016–2018 гг. прошло 36 пациентов: 15 женщин, 21 мужчина, средний возраст 35,3 г. (диапазон – 18–67 лет). Исследуемая популяция включала в себя 18 пациентов в ВС и 18 пациентов в СМС. При анализе клинических изменений (n=36) было отмечено значимое увеличение оценки по CRS-R до и после рТМС у пациентов в СМС (n=18): среднее изменение составило 2,1 балла, p=0,0001. Улучшение оценки по CRS-R было зарегистрировано у 16 из 18 пациентов в СМС (88,9%). Этиология СМС не влияла на ответ на рТМС (p=0,3). В подгруппе пациентов в ВС (n=18) значимых изменений оценки по CRS-R выявлено не было (среднее изменение 0,31, p=0,35). Несмотря на то, что среднее по группе ВС изменение шкалы CRS-R не имело значимого отличия от нуля, два пациента показали положительную динамику с переходом в СМС. Ввиду этого весьма актуальным является поиск предикторов эффективности рТМС у больных в ВС. Для 25 пациентов были получены данные ТМС-ЭЭГ до и после рТМС, пригодные для расчета индекса PCI. При анализе эффективной коннективности по данным ТМС-ЭЭГ с расчётом индекса PCI было показано, что его изменения после курса реабилитации в целом по группе пациентов с ХНС не достигают статистической значимости (среднее изменение 0,022, p=0,09, критерий Уилкоксона). В то же время число увеличений индекса (18 из 25, или 72% пациентов) преобладало над числом уменьшений (7 из 25, или 28%; p = 0,04, критерий знаков). Анализ индекса PCI отдельно по подгруппам ВС и СМС не выявил значимых изменений. Изменения PCI и CRS-R до и после рТМС не имели значимой корреляции между собой (r Спирмана 0,12, p=0,6). Таким образом, у пациентов в СМС с низкой вероятностью спонтанного повышения уровня сознания в связи с длительным сроком от эпизода аноксии или травмы, применение рТМС ангулярной извилины привело к значимому улучшению их неврологического статуса и повышению уровня сознания. Это даёт основания предполагать, что разработанный протокол является эффективным для пациентов с минимальным сознанием. У пациентов в ВС в среднем по группе не имелось значимого изменения состояния, однако в отдельных случаях отмечалось улучшение с качественным изменением диагноза (с предполагаемого ВС на СМС) Проведено валидационное исследование подготовленного нами русского варианта шкалы CRS-R, которая является общепризнанным инструментом для клинической оценки пациентов с ХНС. Было показано, что русскоязычная версия CRS-R при оценке пациентов с хроническими нарушениями сознания дает стабильные сходные результаты при применении разными исследователями. Шкала является надежной, чувствительной к изменению состояния пациентов и имеет высокую содержательную и критериальную валидность. Она может использоваться для оценки состояния лиц с ХНС и динамики восстановления уровня их сознательной деятельности. Валидация перевода шкалы CRS-R на русский язык в соответствии с общепринятыми требованиями сделала эту важнейшую для работы с данной категорией пациентов шкалу доступной для использования в России и в других русскоговорящих странах.