Исследователи определили причину хронической, и в настоящее время неизлечимой, боли у пациентов после ампутации конечности и серьезного повреждения нерва. Возможный вариант лечения этой проблемы кроется в использовании возможностей искусственного интеллекта.
Согласно популярной, но достаточно спорной теории, фантомные боли после утраты конечности – это результат неадекватной реорганизации периферических и центральных структур нервной системы, которые в совокупности образуют сенсорную систему. Такая система в человеческом организме отвечает за восприятие различных сигналов. Она состоит из рецепторов, нервных путей и той части головного мозга, которая отвечает за восприятие. Все мы знаем о самых известных сенсорных системах. К ним относятся осязание, обоняние, зрение, слух и вкус, и вестибулярный аппарат. Когда образуется несоответствие между движением и восприятием этого движения, возникает фантомная боль. Проще говоря, мозг «отправляет» сигнал в ампутированную конечность и не получает отдачи, мышечной реакции.
Реабилитационные методы лечения вроде упражнений на различение тактильных стимулов, миоэлектрические протезы, реплантация конечностей и зеркальная терапия уменьшают боль. Однако недавние доказательства заставили исследователей подвергнуть сомнению спорную сенсорно-двигательную модель перестройки, особенно с точки зрения моторного представления о фантомной боли.
Группа исследователей из Университета Осака (Япония) совместно с кембриджскими учеными использовали нейрокомпьютерный интерфейс, чтобы подготовить группу из 10 людей к управлению роботизированной рукой.
Стандартный нейрокомпьютерный интерфейс обычно использует так называемый метод «биологической обратной связи». С его помощью мозг и компьютер могут взаимодействовать в обратном направлении. Ученые использовали интерфейс, чтобы расшифровать нейронную активность интеллетуальных действий, необходимых пациенту для перемещения «фантома» руки. Затем преобразовали расшифрованное фантомное движение руки и отправили сигнал от него «внутрь» нейропротеза с помощью методов искусственного интеллекта.
На изображении, представленном ниже, можно увидеть схему, описывающую процесс обучения. Пациенты должны были контролировать протез руки, перемещая «фантом» руки в каждом эксперименте. После этого исследователи оценивали уровень их боли. Затем пациенты в течение 10 минут тренировались с нейрокомпьютерным интерфейсом.
«Даже при том, что руки не стало, люди с фантомной болью все еще чувствуют, что рука есть. В основном, это проявляется в болезненном ощущении, вроде жжения или гиперчувствительности. Обычные болеутоляющие в такой ситуации неэффективны – отмечает соавтор исследования Бен Сеймур, нейробиолог кафедры разработки Кембриджского университета. – Мы хотели придумать лечение, основанное на технологиях, в противоположность лекарственной терапии».
Ученые выяснили, что у пациентов с хронической болью, связанной с ампутацией или повреждением нерва, «скрещены провода» в той части мозга, которая отвечает за ощущение и движение. Исправив это нарушение, боль можно излечить. Результаты исследования можно использовать и для лечения других хронических болей. Например, боли из-за артрита.
Та часть мозга, которая отвечает за двигательную активность, работает нормально, но она не получает сенсорную обратную связь. Когда пациент из группы пытался управлять протезом, связывая движение отсутствующей рукой с «поврежденной» частью мозга, это только увеличивало боль. Затем исследователи изменили тактику и решили обучить «неправильную» часть. Мозг пациента, у которого нет левой руки, научили перемещать протез путем декодирования движения, связанных с его правой рукой. Для пациентов с ампутацией правой руки действует обратный механизм. Когда испытуемые прошли обучение такой «нелогичной» технике, то обнаружили, что их боли значительно уменьшились. Когда пациенты учились контролировать руку таким образом, то использовали в своих интересах пластичность сенсорной системы – способность мозга реструктурировать и изучать новое.
Хотя результаты являются многообещающими, Сеймур предупреждает, что эффект носит временный характер. Для того, чтобы хорошо изучить его и довести до идеала, требуется дорогостоящее оборудование. Тем не менее, ученый считает, что лечение, основанное на их технике, станет доступным в течение 5-10 лет. В идеале они хотят создать оборудование, которые пациенты могли бы использовать дома или соединить с физиотерапией. Ученые уверены, сочетание методов искусственного интеллекта с новыми технологиями – это перспективное направление для лечения болей, а также важная область исследований для дальнейшего сотрудничества Японии с Великобританией.
Ежегодно в одной только Великобритании выполняется примерно 5 тысяч операций по ампутации конечностей. Чаще всего, необходимость проведения такой операции возникает у больных диабетом первого или второго типа. В большинстве случаев люди, которые решились на ампутацию или получили серьезные повреждения нервов, приведшие к потере ощущений в руке, продолжают ощущать существование пораженной стороны, как будто бы она на месте – от 50-80% таких пациентов страдают хронической фантомной болью.
Источник
