КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 22-15-20035

НазваниеФизиологические механизмы восстановления двигательных функций верхних конечностей у пациентов детского возраста, страдающих детским церебральным параличом, с применением комплекса «неинвазивный интерфейс мозг-компьютер – экзоскелет кисти» с использованием биологической обратной связи.

РуководительВласенко Сергей Валерьевич, Доктор медицинских наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского", Республика Крым

Период выполнения при поддержке РНФ

2022 г. - 2024 г.

Конкурс№66 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс).

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-309 - Восстановительная медицина, лечебная физкультура, курортология и физиотерапия

Ключевые словадети, детский церебральный паралич, реабилитация, неинвазивный интерфейс «мозг-компьютер», экзоскелет кисти

Код ГРНТИ76.29.60

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Среди заболеваний нервной системы главной причиной детской инвалидности является детский церебральный паралич (ДЦП). Для клинической картины заболевания характерным является нарушение двигательной функции, связанное с неправильным развитием статокинетических рефлексов, патологией тонуса, парезами. Также нередко при ДЦП наблюдаются различные когнитивные и психические расстройства. В связи с разнообразием генеза и клинических проявлений ДЦП, существующие медикаментозные и физиотерапевтические методы помощи таким детям оказываются не всегда эффективными. Особую актуальность в настоящее время приобретают методы реабилитации с применением биологической обратной связи (БОС), роботизированных устройств и интерфейсов мозг-компьютер, поскольку такие методы позволяют активизировать природные физиологические ресурсы головного мозга ребенка. Анализ данных литературы показал, что экспериментальные работы по использованию экзоскелетов, управляемых сигналом ЭЭГ, в том числе с использованием классификаторов сигналов ЭЭГ, основанных на искусственных нейронных сетях, в реабилитации детей с синдромом ДЦП в настоящее время остаются единичными, а комплексный анализ нейрофизиологических механизмов реабилитации отсутствует. В связи с этим целью настоящего проекта является комплексный анализ механизмов реабилитации двигательных нарушений с применением комплекса «неинвазивный интерфейс мозг-компьютер (НИМК) – экзоскелет кисти» у детей, страдающих ДЦП. Пациенты будут выполнять задание – кинестетически представлять раскрытие кисти руки. Программа-классификатор комплекса при соответствующих изменениях паттерна ЭЭГ запускает сигнал обратной связи. В процессе тренировок с технологией НИМК-экзоскелет кисти пациенты будут воображать раскрытие кисти, а обратная связь при этом будет предъявляться визуально изменением цвета на мониторе компьютера и кинестетически с помощью экзоскелета, реализующего данное движение. Планируется провести нейрофизиологическое и нейропсихологическое исследование механизмов, лежащих в основе восстановления двигательных функций детей с ДЦП, прошедших сеансы нейрореабилитации с применением комплекса НИМК – экзоскелет кисти руки. Не менее, чем у 80 таких пациентов будет оценено изменение сенсомоторных ритмов ЭЭГ и активности мышц (ЭМГ); нейропсихологических показателей, характеризующих уровень развития двигательной сферы ребенка; динамика когнитивных показателей (уровень владения речью, показатели произвольного внимания); динамика нейротрофических факторов в периферической крови. Планируется провести исследование, направленное на создание классификатора сигналов ЭЭГ, построенном с применением искусственных нейронных сетей и глубокого машинного обучения. Следующим шагом будет создание программного обеспечения для обработки данных ЭЭГ, фильтрации, децимации с последующей нарезкой фрагментов ЭЭГ в обучающую выборку для нейронной сети, которая, в дальнейшем, будет использоваться для создания нейросетевого классификатора. В зависимости от эффективности курса нейрореабилитации пациенты будут разделены на группы (высокий, средний и низкий уровень эффективности лечения; высокая или низкая степень изменения сенсомоторных ритмов ЭЭГ). Статистическая обработка данных будет проводиться преимущественно с использованием регрессионного и многофакторного дисперсионного анализа (ANOVA). Это позволит впервые выявить влияние различных факторов на восстановление двигательной активности пациентов, установить характер взаимосвязей между перестройкой электрической активности головного мозга, и показателями активности мышц, концентрацией нейротрофических факторов в периферической крови и нейропсихологическими показателями в процессе лечения. Изменения функциональной связанности нейронных ансамблей различных отделов коры головного мозга будут изучены с помощью оценки степени когерентности ритмов ЭЭГ в разных отведениях. Контрольная группа будет представлена пациентами, проходящими курс восстановительного лечения с использованием стандартных методов без применения сеансов нейрореабилитации с включением комплекса «неинвазивный интерфейс мозг-компьютер – экзоскелет кисти» (30 человек). Сравнение нейропсихологических показателей у детей контрольной и экспериментальной групп будет проводиться с использованием ANOVA. Результаты впервые проведенного комплексного анализа механизмов нейрореабилитации станут основой для разработки и оптимизации наиболее действенных программ и алгоритмов лечения пациентов детского возраста с диагнозом ДЦП с учетом эффективности двигательного, когнитивного, эмоционального звеньев реабилитационного процесса, показателей перестройки паттерна биоэлектрической активности мозга (ЭЭГ), электромиограммы (ЭМГ), ряда нейротрофических факторов и их взаимодействия. Поскольку у детей, страдающих ДЦП, часто наблюдаются задержки в развитии речевой сферы, будет также впервые выявлено, как влияет прохождение курса нейрореабилитации, направленного на улучшение подвижности кисти руки, на развитие речи у таких пациентов. Полученные данные позволят уточнить динамическую локализацию процессов, обусловливающих связь между развитием моторики верхних конечностей и уровнем развития когнитивных функций, включая, рецептивную и экспрессивную речь.

Ожидаемые результаты
В работе будет показано, что в процессе реабилитационных мероприятий с применением роботизированной методики, включающей БОС, происходит структурная перестройка и перестройка межфункциональных взаимосвязей биоэлектрической активности головного мозга, метаболических процессов с вовлечением нейротрофических факторов, нейропсихологического и эмоционального статуса пациента, что приводит к активизации восстановительных процессов с вовлечением двигательной активности, с уменьшением уровня спастичности руки, увеличением объема функциональной активности, уровня самообслуживания, бытовой и социальной адаптации ребенка с ДЦП. Также будет разработан нейросетевой классификатор воображаемых движений для дальнейшей его работы в составе реабилитационного комплекса «Экзокисть». Будет обследовано не менее 80 пациентов мужского и женского пола в возрасте от 8 до 18 лет с установленным диагнозом «ДЦП» в соответствии с критериями Международной классификации болезней 10-го пересмотра (МКБ-10), имеющие в структуре неврологических нарушений гемипарез, тетрапарез, гиперкинетический синдром либо их комбинацию, с уровнем двигательной активности не выше III по критериям классификации больших моторных функций (Gross Motor Function Classification System for Cerebral Palsy, GMFCS) и не имеющих в диагнозе умственного снижения, ограничивающего участие в реабилитационном процессе с применением НИМК. Контрольная группа будет представлена пациентами, проходящими курс восстановительного лечения с использованием стандартных методов без применения сеансов нейрореабилитации с включением комплекса «неинвазивный интерфейс мозг-компьютер – экзоскелет кисти (30 человек). В результате раннее проведенных исследований на взрослых пациентах с органическим поражением центральной нервной системы выявлено, что целенаправленное, систематическое повторение представления движения способствует активации сенсомоторных зон головного мозга, стимулируя процесс нейропластичности. Выдвинуты предположения, что эффекты реабилитации могут быть обусловлены одним из следующих механизмов: 1) восстановлением утраченных в результате поражений нейронных связей головного мозга в интранатальном или раннем постнатальном периоде; 2) созданием новых связей со смежными по функциям структурами головного мозга, берущими на себя функции пораженных; 3) осуществлением совокупности приведенных выше процессов. Предполагается, что анализ динамики ЭЭГ в процессе курса нейрореабилитации детей, страдающих ДЦП, позволит установить конкретные нейрофизиологические механизмы, лежащие в основе улучшения моторных и когнитивных функций у таких пациентов. Полученные в результате планируемого исследования физиологические и нейропсихологические данные дадут основу для понимания процессов, лежащих в основе нарушений психомоторного развития у детей с различными спастическими формами ДЦП, для определения механизмов восстановления, а также позволят разработать индивидуальные реабилитационные маршрутные линии проведения диагностических и коррекционных мероприятий. На основе комплексного анализа нейрофизиологических механизмов восстановления двигательных, когнитивных, эмоциональных нарушений будут определены основные звенья реабилитации с применением комплекса НИМК – экзоскелет кисти у пациентов детского возраста, страдающих ДЦП. Выявленные в процессе исследования клинические и нейрофизиологические особенности развития спастических форм ДЦП будут способствовать повышению эффективности патогенетически обоснованных лечебно-реабилитационных мероприятий в медицинских организациях Республики Крым, в том числе учреждениях санаторно-курортного комплекса, разработке подходов к прогнозированию эффективности восстановительного лечения у конкретного пациента. В процессе исследования будут выделены факторы благоприятного и неблагоприятного прогноза социального и двигательного развития, которые позволят планировать программу реабилитации, комплекс долговременных психолого-педагогических мероприятий, определять реабилитационный потенциал ребенка. Для разработки нейросетевого классификатора, будут зарегистрированы ЭЭГ более чем у 100 здоровых студентов добровольцев в возрасте 17-19 лет, по 10 сеансов у каждого. Создана обучающая выборка ЭЭГ сигналов при воображаемых движениях. Разработано программное обеспечение для обработки ЭЭГ данных. Создана искусственная нейронная сеть для классификатора ЭЭГ сигналов. По итогам данного исследования будут опубликованы не менее восьми статей в журналах, индексируемых в базе SCOPUS, не менее двух статей, входящих в базу РИНЦ.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---