VR-нейроинтерфейс для людей с Альцгеймером

Представьте, что вы играете в увлекательную компьютерную игру, набираете полезные скиллы, проходите новые уровни, изучаете карты игры, получаете награды, а на следующий день заходите в игру снова, но вот часть скиллов потеряна, уровни нужно проходить заново, карты уже изменились и часть наград отобрали. Вы восстанавливаете утраченные достижения, продвигаетесь немного дальше, а на следующий день снова откатываетесь назад. И так каждый раз. И более того, постепенно ваши откаты превышают продвижение вперед — в конце концов вы уже находитесь в самом начале, не помните, что проходили, и даже не знаете, как играть. Примерно так происходит реальная жизнь у людей с диагнозом «Болезнь Альцгеймера» (БА).

Вкратце про болезнь Альцгеймера

Это нейродегенеративное заболевание, характеризующееся когнитивными нарушениями, развитием деменции, социальной дезадаптацией, сокращением продолжительности жизни. Патофизиологические изменения, характерные для БА, начинаются за годы и даже за десятилетия до клинического подтверждения заболевания.


Кадр из фильма «Дневник памяти»

Болезни в большей степени подвержены люди пожилого возраста, хотя в редких случаях она может проявляться и сильно раньше. Причем чем дальше за 60, тем больше вероятность развития заболевания. Наверно, поэтому существует распространенное мнение, что Альцгеймер придет к каждому, просто не каждый до него доживет.

Поначалу болезнь проявляется малозаметными симптомами, которые часто путают с реакцией на стресс или обычным старением. Так, люди могут испытывать сложности в выполнении повседневных задач или с трудом усваивать новую информацию, а затем вспомнить ее. На ранних стадиях также могут начать выявляться проблемы исполнительных функций — например, планирования, сосредоточенности, абстрактного мышления. Ранние симптомы БА еще относят к так называемым умеренным когнитивным нарушениям (УКН — Mild Cognitive Impairment — MCI). В это время часто возникает апатия, которая становится наиболее стойким симптомом заболевания. Со временем проявляются потеря и долговременной памяти, нарушения речи и когнитивных функций, разрушение тканей мозга, что влечет за собой неспособность больного к самостоятельному существованию в окружающем мире.


Нейродегенерация тканей мозга при болезни Альцгеймера

До сих пор неясно, что является первопричиной возникновения болезни Альцгеймера, и в настоящее время методов лечения не существует, даже купировать болезнь пока не удается. Однако, если определить предрасположенность к БА лет так за 10 до появления первых симптомов и начать дополнительно развивать когнитивные и двигательные функции, можно существенно продлить жизнь в здравом уме и смягчить проявления заболевания! Тут сразу возникает вопрос: а как же диагностировать заранее возможность развития БА и что после этого делать?

Нейрофизиологические методы

Все большее внимание уделяется нейрофизиологическим методам, позволяющим детектировать когнитивные нарушения на функциональном уровне задолго до того, как они станут заметны окружающим или самому больному. Так, нейрофизиологические исследования последних лет показали, что изменения в реакциях мозга на предъявляемый звуковой стимул — потенциалах, связанных с событиями (Event-related potentials — ERP), — позволяют с высокой точностью детектировать риск развития БА в течение последующих 10 лет.


Процедура регистрации ERP

Известно, что снижение слуха может проявляться на самых ранних стадиях и быть предвестником развития деменции. Причем здесь есть и обратная связь: чем существеннее проблемы со слухом, тем больше человек тратит усилий на то, чтобы разобрать, что ему говорят, и запомнить это, а значит, и большие структурные изменения происходят в мозге, ведущие к развитию БА. Исследования в oddball-парадигме со звуковой стимуляцией, где испытуемым нужно быстро и точно различить сигналы двух разных частот, показали, что увеличение задержки (латентности) и снижение амплитуды таких компонентов ERP, как N100, P200, N200 и особенно P300 (про Р300 можно почитать здесь), возникающих примерно через 100, 200 и 300 мс после предъявления стимула соответственно, сигнализируют о снижении функций кортикального процессинга (подробнее тут и тут) за десятилетие до проявления нарушений. Кроме того, диагностика методом регистрации ERP показала чувствительность 87 % и специфичность 90 %, что можно считать довольно точным методом.


Изменения характеристик волны Р300 при УКН и БА

Самое интересное, что такое обследование может занимать всего пару минут и быть очень простым в прохождении. Всего лишь нужно надеть шапочку с электродами и регистрировать сигнал от мозга, пока человек слушает разные звуки. Это в разы комфортнее, проще и быстрее, чем проводить томографию (ПЭТ, МРТ) и когнитивные тесты, да еще и лучше как превентивный метод.

BCI-реабилитация

Нейрофизиологические методы не только позволяют детектировать нарушения функционирования отделов мозга, но и предоставляют возможность их эффективного восстановления. Это как раз про популярные нынче BCI (brain-computer interfaces), или по-русски — интерфейсы мозг-компьютер, они же нейроинтерфейсы. Напомню, что в основе этой технологии лежат детектирование специфического сигнала мозговой активности и преобразование его в команды для управления всевозможными устройствами (подробнее почитать можно здесь).

BCI уже зарекомендовали себя как отличный инструмент для реабилитации людей с нарушениями двигательных функций после инсульта, параличами и плегиями, черепно-мозговыми травмами, СДВГ, аутизмом и в том числе нарушением когнитивных функций и деменцией.


Нейрореабилитация на представлении движения

У BCI на ЭЭГ есть ряд преимуществ по сравнению с прочими методами реабилитации:

  • простота в использовании (просто надеть шапочку);
  • высокая эффективность;
  • активация нейропластичности.

Но есть и ряд ограничений:

  • некоторые методы требуют времени на обучение работе с ними (представление движения, ритмы);
  • условия тренинга далеки от реальных жизненных случаев (мигающие картинки на экране, управление лодочкой);
  • многие используемые в клиниках системы доставляют дискомфорт пациенту (мокрые шапки, куча электродов, гель в волосах, долгая установка).

BCI продемонстрировали свою эффективность и для больных Альцгеймером. Например, в обзоре показаны возможности применения ERP и SMR (сенсомоторный ритм) для улучшения когнитивных функций внимания, пространственного ориентирования и кратковременной памяти.

VR-реабилитация

Другой перспективный метод работы с Альцгеймером — это VR. Главное преимущество VR — это, конечно, свобода в создании любых условий окружения и управления! Например, по результатам исследования на ранних этапах до появления первых симптомов болезни Альцгеймера ученым удалось добиться высочайшей точности (чувствительность 100 %, специфичность 98 %) в диагностике заболевания при прохождении задач в виртуальном музее. Никаких тебе страшных и неприятных заборов спинномозговой жидкости (люмбальной пункции), томографов (ПЭТ и МРТ), а всего лишь шлем VR.


Тренинг пространственного ориентирования

Тренинг в виртуальном магазине

Использование виртуальной реальности позволяет довольно точно и рано выявить нарушения пространственной и эпизодической памяти, исполнительных функций и внимания, двигательных функций и баланса, выполнения повседневных задач. Более того, исследования показали, что тренинг в VR, представляющий собой простые игровые задания для пользователя в разнообразных условиях, позволяет добиться значительного улучшения всех этих функций у людей с БА (почитать можно здесь).

Искусственный интеллект и Альцгеймер

Ну и конечно, мы не обойдем стороной такой метод ранней диагностики, как использование искусственного интеллекта (ИИ — artificial intelligence — AI) и машинного обучения на данных различных модальностей. С чем только не объединяли их, какие только данные не скармливали алгоритмам на обучение, и ведь добились неплохих результатов!

Эта статейка на Хабре рассказывает, об исследовании, где удалось по снимкам ПЭТ с помощью ИИ распознать 98 % случаев развития заболевания за 6 лет до проявления симптомов.


Изменения структуры мозга на снимках ПЭТ

Весьма широко изучается метод ИИ для диагностирования болезни Альцгеймера по данным МРТ. Так, показали возможность детектирования заболевания на ранних этапах с точностью 88 %, а в этом исследовании с точностью 98,9 % ИИ определил, у кого из больных УКН болезнь прогрессирует до Альцгеймера.

Не остались в стороне и комбинации машинного обучения с данными ЭЭГ. Всего по нескольким минутам записи ЭЭГ в спокойном состоянии методом I-FAST удалось различить больных Альцгеймером от УКН с точностью до 94—98 % и больных УКН от здоровых с 98,25 %.

Вишенка на торте — BCI + VR + AI

А теперь представим, что мы взяли все лучшее от BCI, лучшее от VR и еще объединили это с ИИ в единую систему! И теперь мы получили самое раннее возможное детектирование нейродегенеративных изменений и нейрореабилитацию в абсолютно любых условиях VR! Хочешь — воссоздавай случаи из реальной жизни (магазин, музей, квартира…), хочешь — делай захватывающую игру или что угодно, способствующее восстановлению когнитивных функций.


Тренинг нейроуправления в виртуальной реальности

Исследование, сравнивающее эффективность BCI при работе с монитора и в VR, показало, что при сочетании с последним вовлеченность пользователя возрастает на целых 10 %, что уже весьма существенно, хотя там была довольно простая визуализация. Комбинация BCI-VR уже успешно используется для реабилитации постинсультных пациентов с помощью SSVEP и представления движения, пациентов с плегиями, аутизмом и СДВГ, а также для поддержания нормального уровня когнитивных функций у пожилых людей. Регистрация ЭЭГ во время тренинга в VR также позволит детектировать изменения когнитивных функций и эмоционального отклика пациента в режиме реального времени, адаптируя тренинг для более комфортного и эффективного прохождения.

Несмотря на то, что объединение BCI, VR и AI выглядит многообещающим со всех сторон, исследований, сочетающих данные методы, еще совсем немного. Недавно компания Impulse Neiry приступила к разработке быстрого, удобного и эффективного метода диагностики болезни Альцгеймера, умеренных когнитивных нарушений, деменции и нарушений отдельных когнитивных функций на ранних этапах, а также методику тренинга для поддержания уровня когнитивных и двигательных функций при наличии заболевания. В планах создание интересного игрового контента для диагностики, мониторинга и реабилитации в медицинских центрах и домашних условиях.

А избежать можно?

Если вы дочитали досюда и все-таки решили, что вам не хочется лет так в 60—70 оказаться на попечении у медработников, не понимать, где ты и кто все эти люди вокруг, то уже сейчас стоит активно развивать свои когнитивные функции любыми возможными методами, будь то чтение книг, разгадывание кроссвордов, настольные игры или что-то поинтереснее вроде когнитивных тренингов (Neiry, CogniFit и другие). Также не будем забывать про здоровое питание и ежедневную физическую активность и подвижность.

Всем здоровья и долгих лет в здравом уме!

 

Источник

, , , , , ,

Читайте также

Меню