По данным Всемирной организации по борьбе с инсультом, у каждого четвертого человека старше 25 лет в течение жизни случается инсульт, а у многих из-за этого развивается паралич. Тем временем всемирная организация здравоохранения отмечает, что ежегодно от травм спинного мозга во всем мире страдают 250–500 тысяч человек. Своевременная реабилитация играет ключевую роль в восстановлении после подобных поражений. «РБК Тренды» разбирались, какую роль в этом процессе играют технологии.
Россия: VR-тренажер и «умные» перчатки
В России активно внедряют новейшие методы реабилитации с помощью VR-технологии. Томская компания VR GO в 2018 году разработала приложение дополненной реальности, которое помогает восстанавливать двигательную активность после инсульта или травмы позвоночника. Приложение разработали на основе платформы Oculus, так что использующий его пациент получает обратную связь через беспроводные VR-гарнитуры. В виртуальной среде ему предлагают взаимодействовать с разными объектами отзеркаленной конечностью: нужно пользоваться здоровой рукой и пытаться повторить ее движения рукой с нарушенной подвижностью. Чтобы монотонные упражнения не вызывали усталости, их встраивают в разные сюжеты, например, пациенту нужно выжимать сок из виртуальных фруктов. Тренажер можно использовать не только в медучреждении, но и дома.
Научный руководитель проекта Герман Шнайдер отмечает, что в основе терапии лежит принцип идеомоторного акта, когда мысль о совершении движения активирует нейроны, ответственные за него. Кроме того, подобные упражнения улучшают нейропластичность мозга, восстанавливая утраченные нейронные связи, а с ними и навыки.
Сейчас VR GO тестируют в нескольких клиниках в Москве и Ленинградской области. Как заявили разработчики, положительные изменения наблюдаются у 60% участников испытаний.
А в Самарском государственном медицинском университете разработали комплекс ReviVR для реабилитации пациентов с нарушениями движений нижних конечностей.
Он включает технологии виртуальной реальности и тактильной обратной связи, что позволяет имитировать процесс ходьбы. Тренажер подходит даже для реабилитации лежачих пациентов и людей с отсутствующими двигательными функциями.
Российская Senso Rehab разработала «умные» перчатки. Они позволяют в два с половиной раза эффективнее восстанавливать мелкую моторику после инсульта по сравнению с обычной лечебной физкультурой. Датчики и сенсоры в перчатке отслеживают движения руки и пальцев в любом направлении, а сама она подключается к монитору. Программа на основе искусственного интеллекта предлагает игровые методики для постепенного увеличения амплитуды движений. Устройство уже применяется в 140 клиниках, в том числе в Центре медицинской реабилитации департамента здравоохранения Москвы и Центре реабилитации Сеченовского университета. Перчатки также можно использовать дома, а разработчики обещают положительный эффект при ежедневных 20-минутных тренировках.
США: стимуляция электродами
Функциональная электрическая стимуляция используется для реабилитации уже не один год. Обычно в ней применяется внешнее устройство, которое отправляет электрические импульсы в определенные мышцы и помогает восстановить их двигательную функцию. В 2021 году в рамках совместного проекта Питтсбургского университета и Университета Карнеги-Меллона исследователи начали тестировать более продвинутую технологию имплантирования электродов. Электроды, которые имплантируют в область шеи, стимулируют определенные области спинного мозга, чтобы восстановить не только движения ног, но и более сложные движения рук. Пациент сохраняет полный контроль над своими действиями, а стимуляция усиливает активацию мышц только тогда, когда он пытается двигаться. Сама она ощущается, «как щекотка». Исследователям уже удалось таким образом восстановить активность руки женщины, которая осталась наполовину парализованной после давнего инсульта. Теперь они намерены предложить технологию более широкому кругу пациентов. Над этим уже работает стартап Reach Neuro, цель которого — адаптировать технологию для клинического использования.
Великобритания: игры в иммерсивной среде
Европейские исследователи также развивают проекты, которые позволяют проходить реабилитацию в виртуальном мире. Например, в Университете Бирмингема в Великобритании работают над проектом ImpHandRehab, финансируемый Европейским исследовательским советом, предлагает пациентам выполнять задачи, связанные со все более сложными движениями. Они работают в гарнитуре виртуальной реальности и в специальных перчатках-манипуляторах. Пациенты должны проходить разные квесты и получать вознаграждения за то, что они все лучше выполняют задачи, связанные, например, с управлением подводной лодкой. Исследователи обнаружили, что после продолжительной игры производительность рук сохраняется, даже когда пациент не носит гарнитуру. ImpHandRehab позиционируется как решение для реабилитации в домашних условиях.
Азия: экзоскелеты с ИИ
Некоторые компании сосредотачиваются на разработке экзоскелетов нового поколения, которые благодаря встроенным технологиям искусственного интеллекта обеспечат более быстрое восстановление. Например, корейская Angel Robotics предлагает экзоскелеты Medi для восстановления подвижности ног. Благодаря встроенным алгоритмам, которые анализируют показатели с датчиков на подошвах, устройство заранее рассчитывает действия пациентов, чтобы подобрать темп ходьбы и уровень нагрузки. Экзоскелет предлагает семь режимов тренировок, в том числе ходьбы по плоским поверхностям, подъемов, приседаний и так далее. В комплект устройства входит рюкзак с планшетом, где отображаются показатели пациента и где можно индивидуально настраивать режим поддержки каждого сустава.
А японская Cyberdyne выпускает линейку экзоскелетов HAL (Hybrid Assistive Limb) для медицинского использования, которыми можно управлять «силой мысли». Когда перед совершением движения мозг посылает сигналы через нервы к мышцам, устройство считывает слабые биоэлектрические импульсы с поверхности кожи. HAL имеет два типа систем управления. Кибернетическая система добровольного управления использует импульсы для выполнения желаемых движений, а кибернетическая автономная система управления воспроизводит движения, даже если эти сигналы не считываются. Медработникам также доступны различные настройки для коррекции аномальных сигналов мозга. Наконец, устройство предоставляет медикам анализ сигналов мозга больного и иные данные, чтобы те могли сформировать курс лечения с фокусом на развитие нейропластичности. Отдельно Cyberdyne предлагает мягкие экзоскелеты, которые позволяют восстановить работу отдельного сустава.
Португалия: имплант из графена
Исследователи Университета Авейру в Португалии преследуют более амбициозные цели: они разрабатывают способ физического восстановления позвоночника после тяжелых травм. Ученые планируют использовать специальный каркас из биоматериалов, который заменит поврежденную ткань позвоночного столба и создаст своего рода «мост» через травмированную область, чтобы у мозга появился альтернативный путь для связи с телом. По их замыслу, имплантат в виде такого каркаса будет способствовать регенерации нервных клеток и позволит организму полностью восстановиться.
В рамках проекта NeuroStimSpinal исследователи разрабатывают биопротез-каркас на основе графена. Этот углеродный наноматериал демонстрирует отличную проводимость и именно поэтому используется в производстве электроники. Потенциально его можно использовать для отправки электрических импульсов по спинному мозгу. Предполагается, что графеновый имплант будет биоразлагаемым, то есть растворится с течением времени, когда в нем отпадет необходимость.
В процессе первых экспериментов команда NeuroStimSpinal обнаружила, что внутри графенового каркаса предшественники нервных клеток в поврежденной зоне под воздействием электрической стимуляции развиваются в смесь полноценных нейронов, которые передают электрические импульсы, и глиальных клеток, которые поддерживают их работу. Теперь исследователи намерены провести эксперименты с наноимплантом на крысах.