Способ реабилитации когнитивных функций у пациентов с очаговыми поражениями головного мозга

Изобретение относится к медицине, а именно к нейрореабилитации, и может быть использовано при восстановлении когнитивных функций у больных с очаговыми поражениями головного мозга. Пациент выполняет заданные упражнения в среде интерфейса мозг-компьютер (ИМК) на волне Р300 с использованием нейрокоммуникационного комплекса "НейроЧат", снабженного гарнитурой, регистрирующей ЭЭГ. Каждая терапевтическая сессия состоит из двух этапов. Этап калибровки, включающий он-лайн регистрацию реакций ЭЭГ пациента в ответ на подсветку на 200 мсек отдельных букв русского алфавита на экране компьютера, соответствующую обнаружению интереса пациента к нужной букве, автоматическое включение изображения этой буквы на экране. Этап набора заданного текста, который заключается в том, что пациент мысленными усилиями, переводом внимания от буквы к букве набирает на экране заданное слово, не прикасаясь к клавиатуре. Терапевтические сессии проводят 1 раз в день продолжительностью не более 1 часа в зависимости от самочувствия пациента в течение 10 дней. Способ позволяет осуществить реабилитацию когнитивных функций у пациентов с очаговыми поражениями головного мозга за счет технологии интерфейсов мозг-компьютер (ИМК). 4 ил., 2 пр.

 

Область техники

Изобретение относится к области медицины, а именно к нейрореабилитации, и может быть использовано при восстановлении когнитивных функций у больных с очаговыми поражениями головного мозга (ГМ), преимущественно у пациентов, перенесших инсульт и имеющих речевые и двигательные нарушения, а также дефицит нейродинамических компонентов психической деятельности. Способ осуществляют с помощью технологии интерфейсов мозг-компьютер (ИМК).

Двигательные и речевые нарушения являются одними из наиболее частых инвалидизирующих последствий острого нарушения мозгового кровообращения в левой гемисфере ГМ. Технологии ИМК на волне РЗОО, позволяющие набирать текст без голоса и движений, могут быть важным инструментом социализации таких пациентов и тем самым, помимо прочего, способствовать эффективной реабилитации.

Уровень техники

Известны способы коррекции когнитивных дисфункции (в т.ч. работа с функциями памяти и внимания) с применением современных компьютерных технологий.

В настоящее время ИМК рассматривают как потенциальный способ когнитивной тренировки на основе биологической обратной связи (Lim, Choon Guan, Xue Wei Wendy Poh, Shuen Sheng Daniel Fung, Cuntai Guan, Dianne Bautista, Yin Bun Cheung, Haihong Zhang, Si Ning Yeo, Ranga Krishnan, and Tih Shih Lee. 2019. ("A Randomized Controlled Trial of a Brain-Computer Interface Based Attention Training Program for ADHD." PLoS ONE 14 (5). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0216225). Yang, Chenguang, Yuhang Ye, Xinyang Li, and Ruowei Wang. 2018. ("Development of a Neuro-Feedback Game Based on Motor Imagery EEG." Multimedia Tools and Applications 77 (12): 15929-49. https://doi.org/10.1007/s11042-017-5168-x.).

Известен метод применения ИМК для борьбы со снижением когнитивных функций у пожилых. В пилотном исследовании было показано, что ИМК улучшает функцию памяти и внимания у пожилых испытуемых (Lee, Tib. Shih, Siau Juinn Alexa Goh, Shin Yi Quek, Rachel Phillips, Cuntai Guan, Yin Bun Cheung, Lei Feng, et al. 2013. "A Brain-Computer Interface Based Cognitive Training System for Healthy Elderly: A Randomized Control Pilot Study for Usability and Preliminary Efficacy." PLoS ONE 8 (11). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0079419.). Данный способ разработан с целью улучшения памяти и внимания у здоровых лиц пожилого возраста в рамках работы в ИМК. Тренировка памяти и внимания происходит при использовании игры «парные картинки». Следует отметить, что ИМК, соответствующий этому методу, работает на анализе широкого спектра частот мозга (от 4 до 30 Гц), включая физиологический феномен, также связанный с функцией внимания, а именно - бета-ритм в лобных отведениях.

В обоих вышеописанных исследованиях калибровочное задание принципиально отличается от тренировочного, что может повышать нагрузку на оператора ИМК из-за вынужденного переключения с одного типа задачи на другой и необходимости последующего привыкания к целевой задаче. При выполнении новой задачи пациент вынужден заново проходить стадию врабатывания, что увеличивает длительность занятия в целом.

Описан также эффект влияния биоуправления в среде ИМК по сигналу от первичной моторной коры (M14) на восстановление моторной функции у пациентов с постинсультными нарушениями (Ang, Kai Keng, Karen Sui Geok Chua, Kok Soon Phua, Chuanchu Wang, Zheng Yang Chin, Christopher Wee Keong Kuah, Wilson Low, and Cuntai Guan. 2015. "A Randomized Controlled Trial of EEG-Based Motor Imagery Brain-Computer Interface Robotic Rehabilitation for Stroke." Clinical EEG and Neuroscience 46 (4): 310-20. https://doi.org/10.1177/1550059414522229.). Известный способ направлен на восстановление двигательной функции у пациентов с постинсультным двигательным дефицитом в руке и основан на использовании ИМК для волевой регуляции M1 (моторная кора) при помощи воображения движения. ИМК, соответствующий этому методу, работает на ином, в отличие от заявляемого способа, физиологическом феномене, не связанном напрямую с функцией внимания, а именно, известный метод предполагает изменение мю-ритма в отделах двигательной коры.

Известен также реализуемый на ПК способ и система для тестирования или тренировки когнитивных функций пользователя (RU 2656557). Группа изобретений позволяет провести тестирование или тренировку когнитивных функций пользователя за счет использования системы для тестирования и/или тренировки визуальных, когнитивных и координационных функций с учетом оценки или определения соответствия (отклонений) линейным или нелинейным суммированием или интегрированием собранных значений по отклонению.

К причинам, по которым использование известного способа не дает технических результатов заявляемого изобретения относятся следующие:

- данный способ (при наличии игрового элемента) не предполагает использования механизмов биологической обратной связи;

- способ направлен на совершенствование навыков пользователя в области визуальной, когнитивной и/или зрительной координации движений рук, т.е. усовершенствование моторики;

- эффективность работы пациента в рамках данной методики не зависит напрямую от направленного и устойчивого удержания внимания на одном объекте - знаке в течение относительного длительного времени и, вследствие этого, метод не направлен на тренировку функции внимания, как таковой;

- метод не предполагает работу с речевой информацией.

Наиболее близким к заявляемому способу по совокупности совпадающих существенных признаков является способ коррекции когнитивных нарушений после черепно-мозговой травмы (RU2645243). Выбран в качестве прототипа. В рамках методики больному предоставляют изображения предмета на экране монитора для распознавания изображения. При этом одновременно дополнительно предоставляют ряд изображений других предметов. Больной осуществляет путем узнавания выбор предмета из предоставленных вариантов. При этом применяют комплексную программу нейрореабилитации, состоящую из блоков заданий, каждый из которых способствует преимущественному восстановлению одного из видов афазий: моторной, при которой выделяют два основных ее вида - афферентная и эфферентная; амнестической; акустико-гностической и семантической. Занятия по коррекции проводят в течение не менее 10 дней, 1 раз в день.

К причинам, по которым использование известного способа - прототипа не дает технических (лечебных) результатов заявляемого изобретения, относятся следующие.

- Эффективность работы пациента в рамках способа - прототипа не зависит напрямую от направленного и устойчивого удержания внимания на одном объекте (знаке) в течение относительно длительного времени, и вследствие этого, метод не направлен на тренировку функции внимания, как таковой.

- В описании способа - прототипа указано, что «Основной лечебный эффект предлагаемого способа относительно других когнитивных функций осуществляется за счет того, что он создан на основе принципа биологической обратной связи, что в значительной степени повышает мотивацию больного к занятиям и увеличивает эффективность процесса реабилитации при острой и хронической церебральной патологии». В то же время, известно, что метод биологической обратной связи (англ. biofeedback) - технология, включающая в себя комплекс исследовательских, немедицинских, физиологических, профилактических и лечебных процедур, в ходе которых человеку посредством внешней цепи обратной связи, организованной преимущественно с помощью микропроцессорной или компьютерной техники, предъявляется информация о состоянии и изменении тех или иных собственных физиологических процессов. (Brown ВВ (January 1, 1975). New mind, new body: Biofeedback; new directions for the mind. ASIN B0006W86JE). Однако, в описании способа-прототипа отсутствуют данные о том, что физиологическая информация от пациента считывалась и предъявлялась пациенту же. Отсутствуют данные о наличии соответствующих устройств: контура «считывание информации от пациента (ЭЭГ, сердечный ритм и т.д.) - предъявление этой информации этому же пациенту», то есть осуществление принципа биологической обратной связи).

- В способе-прототипе отсутствует взаимодействие «мозг-компьютер».

- При использовании способа - прототипа пациент является обычным пользователем ПК, реализующим команды посредством управления мышью, в то время как в заявляемом способе пациент работает в принципиально отличающейся среде - среде ИМК.

- При использовании способа - прототипа тренируемой функцией является речевая, в то время как в заявляемом способе - в большей степени функция внимания.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи реабилитации когнитивных функций у пациентов с очаговыми поражениями ГМ.

Использование в клинической практике заявляемого способа позволяет достичь нескольких технических (лечебных) результатов:

- коррекция нейродинамических параметров работы мозга, его темповых характеристик (скорость выполнения задания, время реакции), показателей работоспособности и продуктивности деятельности (скорость вхождения в задание и переключения от одной задачи к другой, стабильность показателей продуктивности, степень и скорость возникновения явлений утомления);

- повышение эффективности процесса коррекции когнитивных, в том числе речевых, нарушений у больных с очаговыми поражениями ГМ вследствие ЧМТ или инсульта за счет, в том числе, регуляторного влияния третьего функционального блока мозга;

- универсальность и применимость методики лечебных процедур независимо от степени нарушений функции внимания пациентов;

- возможность регулирования степени нагрузки у каждого конкретного пациента.

Основной лечебный эффект заявляемого способа достигается за счет использования технологии ИМК на волне Р300, предполагающей специфическое включение механизмов биообратной связи, тренировку функции внимания, и предусматривающей возможность бесконтактного управления электронно-вычислительными или другими техническими устройствами.

Кроме того, использование в клинической практике заявляемого способа позволяет достичь снижения финансовых и трудовых затрат, связанных с восстановлением пациентов с когнитивными нарушениями вследствие очаговых поражений мозга, за счет использования нейрокоммуникационного комплекса «НейроЧат», разработанного, в частности, для использования в амбулаторно-поликлинических и домашних условиях без помощи специально обученного персонала.

Указанные технические (лечебные) результаты при осуществлении изобретения достигаются за счет того, что также как в известном способе курс реабилитации когнитивных функций у пациентов с очаговыми поражениями ГМ включает предоставление пациенту изображения символа на экране монитора, и распознавание пациентом предоставленного изображения.

Особенность заявляемого способа заключается в том, что заданные упражнения пациенты выполняют с использованием нейрокомпьютерной системы для выбора команд на основе регистрации мозговой активности путем бесконтактного управления электронно-вычислительными устройствами с использованием ИМК на волне Р300. Во время терапевтической сессии пациент с установленным прибором регистрации ЭЭГ сидит за столом, на котором располагается монитор и карточка с крупно напечатанным заданным словом.

Каждая терапевтическая сессия состоит из двух этапов: этап калибровки и этап набора заданного текста.

Этап калибровки включает регистрацию реакций ЭЭГ пациента в ответ на кратковременную (около 200 мсек) подсветку отдельных букв русского алфавита на экране компьютера и обнаружении в этих реакциях признака заинтересованности пациента в выборе конкретной буквы в режиме он-лайн. При регистрации реакций ЭЭГ, соответствующей обнаружению интереса пациента к нужной букве, система автоматически включает изображение этой буквы на экране.

Этап набора заданного текста заключается в том, что пациент мысленными усилиями, переводом внимания от буквы к букве набирает на экране текст, не прикасаясь к клавиатуре. Таким образом, пациент набирает на экране предложенные в ходе занятия слова русского языка.

Каждую терапевтическую сессию проводят в течение не менее 10 дней, 1 раз в день в течение в среднем 45 минут (по самочувствию пациента).

Раскрытие сущности изобретения

Распространенным применением ИМК является тренировка нейробиоуправления, при которой один из видов научения человека - оперантное обусловливание - изменяет активность мозга, улучшая внимание, рабочую память и управляющие функции.

В последнее время показана возможность замещения речевой коммуникации на основе технологии ИМК, которая посредством декодирования реакций ЭЭГ на зрительные символы позволяет транслировать намерения человека в команды для набора символов на экране компьютера (Kaplan A.Ya. Neurophysiological foundations and practical realizations of the brain-machine interfaces in the technology in neurological rehabilitation. Human Physiology. 2016. 42 (1): 103-110.).

Наиболее эффективными в этом отношении являются интерфейсы, в которых на основе регистрации ЭЭГ детектируются реакции мозга при предъявлении по очереди каждой буквы алфавита или символов из определенного набора с обнаружением специфического ответа, так называемой волны РЗОО зрительных вызванных потенциалов, на букву, необходимую для набора слова в данный момент. Впервые эта нейроинтерфейсная технология набора текстов, так называемый спеллер, была опубликована в 1988 г. (Farwell L.A., Donchin Е. Talking off the top of your head: toward a mental prosthesis utilizing eventrelated brain potentials. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1988. 70 (6): 510.) и получила название "ИМК-Р300" (Р300 BCI). Однако, в силу несовершенства технических и алгоритмических средств, долгое время этот тип ИМК не обеспечивал нужной скорости и надежности выбора букв или символов и потому оставался невостребованным для широкого применения, в том числе в реабилитационной практике.

В последние годы в разных лабораториях мира были выполнены новые исследования, позволившие создать прототипы нейроинтерфейсных спеллеров для практического использования в больницах и в бытовых условиях, с целью социализации пациентов с тяжелыми нарушениями речи и движений (Carelli L., Solca F., Faini А., Meriggi P., Sangalli D., Cipresso P., Riva G., Ticozzi N., Ciammola A., Silani V., Poletti B. Brain-Computer Interface for Clinical Purposes: Cognitive Assessment and Rehabilitation. Biomed Res Int. 2017. 2017: 1695290.; Rezeika A., Benda M., Stawicki P., Gembler F., Saboor A., Volosyak I. Brain-Computer Interface Spellers: A Review. BrainSci. 2018. 8(4): E57.).

В частности, на основе новых научных разработок в России был создан нейрокоммуникационный комплекс "НейроЧат", с помощью которого пациенты могут без единого движения не только набирать тексты, но и вести дневниковые записи, отправлять и получать почту, активировать команды для заранее определенных сервисных устройств. (Ганин И.П., Каплан А.Я. Интерфейс мозг-компьютер на основе волны Р300: предъявление комплексных стимулов "подсветка + движение". Журн. высш. нерв. деят. им. И.П. Павлова. 2014. 64 (1): 32-40.).

Нейрокоммуникационный комплекс "НейроЧат" был разработан для обеспечения максимальной простоты управления и эргономичности этой коммуникационной ИМК-технологии с целью обеспечения ее доступности пациентам непосредственно в госпитальных и бытовых условиях, с решением целого ряда проблем, которые до настоящего времени затрудняли применение ИМК (Powers J.C., Bieliaieva К., Wu S., Nam C.S. The Human Factors and Ergonomics of P300-Based Brain-Computer Interfaces. Brain Sci. 2015. 5 (3):318-356.).

Различные аспекты нейронной активности, в том числе по данным ЭЭГ, связаны с различными когнитивными, поведенческими или эмоциональными состояниями, такими как внимание, память, настроение и т.д., что в среде ИМК позволяет осуществить обратную связь с пользователем. Таким образом, обеспечивая обратную связь в режиме реального времени, ИМК позволяет побудить пользователя изменить эти нейронные маркеры в сторону оптимальных шаблонов, связанных с улучшенной производительностью работы мозга.

Исследования показали, что испытуемый может влиять на определенные частоты электрической активности своего мозга, измеряемые с помощью ЭЭГ, такие как тета, альфа, соотношение альфа/тета, бета, гамма, сенсомоторные ритмы (Angelakis, Efthymios, Stamatina Stathopoulou, Jennifer L. Frymiare, Deborah L. Green, Joel F. Lubar, and John Kounios. 2007. "EEG Neurofeedback: A Brief Overview and an Example of Peak Alpha Frequency Training for Cognitive Enhancement in the Elderly." Clinical Neuropsychologist 21 (1): 110-29. https://doi.org/10.1080/13854040600744839. Gruzelier, John H. 2014. "EEG-Neurofeedback for Optimising Performance. I: A Review of Cognitive and Affective Outcome in Healthy Participants." Neuroscience and Biobehavioral Reviews 44: 124-41. https://doi.Org/10.1016/j.neubiorev.2013.09.015.).

Обычная (стандартная) тренировка с нейробиоуправлением представляет собой занятие, на котором пациент многократно повторяет попытки сознательного изменения своих физиологических показателей, ориентируясь на предъявленную на экране «метафору» своего состояния. Биоуправление - технология, связанная с обучением человека осознанному контролю одного или нескольких физиологических параметров. Сигналы биологической природы фиксируются определенными датчиками, усиливаются и предъявляются испытуемому или пациенту в виде доступной «метафоры». В этом качестве может выступать звук, сообщающий об успехе или неуспехе акта саморегуляции, подвижные столбики «термометра» или другие графические изображения, а также развитие игрового сюжета, зависящее от значений целевого показателя. Сегодня в биоуправлении используются разнообразные сигналы, включая: периферическую температуру, параметры дыхания, частоту сердечных сокращений, электромиограмму и активность мозга (ЭЭГ-, фМРТ- или fNIRS-сигнал).

Такая тренировка предусматривает большое количество повторов, монотонна и утомительна. Некоторые участники проходят несколько попыток проб и ошибок во время многих сессий, прежде чем им удается добиться определенного успеха в саморегулировании желаемых мозговых паттернов.

Тренировка нейробиоуправления на основе ИМК направлена на смягчение этих ограничений и повышение эффективности обучения за счет интеграции нейробиоуправления в увлекательную игровую среду (здесь немаловажную роль играет изменение мотива испытуемого - подача в той или иной степени команды компьютеру, а не просто изменение параметров «метафоры»), а также за счет использования индивидуальных, а не общих, нейромаркеров, извлеченных с помощью методов машинного обучения (Ordikhani-Seyedlar, Mehdi, and Mikhail A. Lebedev. 2019. "Augmenting Attention with Brain-Computer Interfaces." In Brain-Computer Interfaces Handbook, 549-60. https://doi.org/10.1201/9781351231954-28.).

При использовании заявляемого способа тренировки пациентов в среде ИМК, подразумевается направленное воздействие на речевые домены мозга (буквы - как основной объект управления), что часто является критически важным для пациентов с очаговыми поражениями ГМ, особенно постинсультными, когда одним из самых частых последствий является нарушение речи. В этом заключается отличие от других методик реабилитации (других патологий), в которых с помощью ИМК используется игровая среда.

Отличие заявляемого способа от способа - прототипа состоит в том, что воздействие осуществляют:

1) с использованием среды ИМК и связанными с ее применением нейрофизиологическими эффектами;

2) с помощью демонстрации не предметов, а символов второй сигнальной системы, с которыми пациент производит различные операции (сложение букв в слова, выведение на экран определенных символов) посредством относительно длительного сосредоточения внимания на них. Вторая сигнальная система - специальный тип высшей нервной деятельности человека, система «сигналов», к которой относится и речевая функция.

3) с прямым включением и, соответственно, тренировкой функции внимания (в силу особенности работы ИМК).

Тренировки в среде ИМК на волне РЗОО оказывают специфическое воздействие на высшие психические процессы пациента, функцию внимания и речевые домены мозга.

Благодаря специфике взаимодействия человек-компьютер в среде ИМК включаются механизмы нейробиоуправления, саморегуляции, долгосрочный эффект которых основан на феномене нейропластичности. При осуществлении заявляемого способа предполагается комплексное воздействие на целый ряд взаимодействующих между собой нейронных сетей мозга пациента и оптимизация их как внутри-, так и межсетевой функциональной коннективности. Активируется как правое, так и (чаще пораженное) левое полушарие за счет вовлечения двух подсистем мозга: сети управляющих функций и речевой сети. Включаются механизмы биологической обратной связи, опосредующие гибкость взаимодействия пациента с заданной программной средой, которая проявляется в продолжительности отклика системы на вызванный потенциал РЗОО в структуре ЭЭГ пациента.

Уровень сложности заданий неизменен в силу своей природы: начальная эффективность работы в среде ИМК зависит от сохранности нейродинамических компонентов у пациента, после серии тренировок эффективность работы, как правило, растет. У пациентов с более тяжелыми нарушениями функции внимания увеличивается лишь продолжительность адаптации к среде ИМК и продолжительность набора букв на экране. Метод предполагает наличие сохранного буквенного гнозиса.

Заявляемый способ, в отличие от других доступных методов тренировки нейробиоуправления, не требует от пользователей проведения нескольких сеансов «проб и ошибок» для разработки стратегии управления функцией сигнала, поскольку РЗОО генерируется легко, естественно и универсально в ответ на целевые стимулы. После относительно короткого этапа калибровки (10-12 минут), задачей которого является сбор данных, пациент может эффективно взаимодействовать с предлагаемым обучающим инструментом.

Новизна изобретения заключается в использовании технологии ИМК на волне Р300 с помощью нейрокомпьютерной системы для выбора команд на основе регистрации мозговой активности (RU 2627075). Использование данной нейрокомпьютерной системы позволяет активизировать управляющие функции мозга, функцию речи, предоставляет возможность тренировки внимания и других составляющих третьего функционального блока мозга, следствием чего является улучшение нейродинамических параметров психической деятельности.

Кроме того упражнения в среде ИМК на волне Р300 включают наличие «игрового» компонента, что повышает мотивацию пациентов к ежедневным когнитивным нагрузкам и делает процесс реабилитации более привлекательным, повышая эффективность восстановительного лечения.

Лечебный эффект при использовании заявляемого способа достигается за счет постепенной модуляции реакций мозга пациента в ответ на кратковременную подсветку отдельных букв русского алфавита на экране компьютера и быстром, в течение нескольких секунд, обнаружении в этих реакциях признака заинтересованности пациента в выборе конкретной буквы. Этим ключевым признаком является позитивный компонент вызванных потенциалов - Р300, возникающий примерно через 300 мс от начала подсветки соответствующей буквы. Формирование когнитивного вызванного потенциала Р300, по данным литературы, отражает работу распределенной нейрональной сети и непосредственно связано с реализацией управляющих функций мозга, таких как рабочая память и разные типы внимания и т.д. (Polich J. Updating Р300: an integrative theory of P3a and P3b. Clin Neurophysiol. 2007 Oct; 118(10):2128-48. doi: 10.1016/j.clinph.2007.04.019). Работа в ИМК предполагает тренировку функции внимания, необходимого для осуществления работы в среде ИМК на волне РЗОО; а также включение механизмов биологической обратной связи, опосредующих гибкость взаимодействия пациента с заданной программной средой (преимущественно время отклика системы на вызванный потенциал РЗОО в структуре ЭЭГ пациента).

Автоматическое обнаружение интереса пациента к нужной букве запускает набор этой буквы на экране, что позволяет пациенту одними только мысленными усилиями, переводом внимания от буквы к букве набирать на экране текст, не прикасаясь к клавиатуре. Для удержания внимания на нужной букве пациенту обычно предлагается подсчитывать про себя число подсветок нужной буквы до тех пор, пока она не напечатается на экране. В случае, если у пациента имеются затруднения со счетом, ему предлагается вместо этого использовать любое короткое слово («да», «ура» и т.д.). Таким образом пациент набирает на экране предложенные в ходе занятия слова русского языка. Занятия по коррекции проводят в течение не менее 10 дней, 1 раз в день в течение в среднем 45 минут (по самочувствию пациента).

Показано, что для данной системы при хорошей тренировке управляющих функций достаточно 5-7 подсветок, чтобы автоматическое детектирование выбранной буквы состоялось. Занятия по коррекции когнитивных функций проводят в течение не менее 10 дней, 1 раз в день, с продолжительностью одного занятия не более 1 часа.

Осуществление изобретения

Способ осуществляется посредством применения среды ИМК на волне Р300, реализованной в нейрокоммуникационном комплексе "НейроЧат".

Каждая тренировочная сессия состоит из двух этапов: 1. Этап калибровки необходим для адаптации системы ИМК к индивидуальным паттернам ЭЭГ пациента. Система предлагает задание (определенные буквы, на которых должен сконцентрироваться пациент) и, исходя из временных соответствий паттернов ЭЭГ предъявленному заданию, рассчитывает количество ложноположительных и ложноотрицательных срабатываний (существует программно заданный порог). Система сопоставляет продолжительность подсветки определенной буквы, выбранной рандомно и предложенной пациенту для сосредоточения на ней внимания, с событиями на энцефалограмме пациента. На основании этих сопоставлений система определяет индивидуальные особенности ЭЭГ паттернов пациента, что позволяет в дальнейшем, на этапе работы, уже произвольно набирать текст (побуквенно). При успешной калибровке переходят к следующему этапу - этапу работы в ИМК.

Длительность первого этапа, в случае хорошего выполнения пациентом, составляет около 15-ти минут. При успешном завершении этапа калибровки испытуемому предлагается перейти к фазе набора заданного текста. В случае недостаточной точности калибровки, ниже заданного порога, калибровка повторяется до 3-х раз (зависит от возможностей пациента).

2. Этап набора заданного текста включает произвольный набор текста (слово -существительное в именительном падеже, подобранное врачом из словаря частотности русского языка индивидуально для каждого пациента). Длительность второго этапа не более 1 часа в зависимости от работоспособности пациента.

Во время терапевтической сессии испытуемые сидят за столом, на котором располагается монитор с предъявляемыми на нем зрительными стимулами. Для проведения исследования используется стимульная среда и алгоритмы аппаратно-программного комплекса "НейроЧат".

На экране монитора демонстрируется алфавит русского языка с фиксированным расположением букв и символов.

Во время этапа калибровки пациент концентрирует внимание на предложенной системой рандомно выбранной букве.

Во время тренировочной сессии пациент сам выбирает букву для сосредоточения на ней внимания в соответствии с необходимостью набора слова.

И на этапе калибровки, и на этапе набора заданного текста выбранная буква -целевая ячейка - подсвечивается многократно и кратковременно в составе столбца или строки; подсвечиваются все буквы с равной вероятностью, пациент игнорирует подсветки других букв. Пациенту для облегчения удержания внимания на одной букве дается задание подсчитывать число подсветок выбранной буквы.

По завершении этапа калибровки успешность определяют по индексу, рассчитываемому программным обеспечением ИМК.

При успешном завершении этапа калибровки испытуемому предлагают перейти к этапу набора заданного текста. Карточку с крупно напечатанным словом располагают рядом с экраном.

В этом этапе задание испытуемому заключается в том, чтобы при помощи команд ИМК вывести на экране определенные слова: существительные из пяти букв в именительном падеже, единственного или множественного числа. Карточку с крупно напечатанным словом располагают рядом с экраном. Для выбора буквы испытуемому требуется последовательно сосредоточивать внимание на подсветках нужной буквы, пока она не появлялась в строке набора текста. Ячейка с буквой, распознанной классификатором, подсвечивается, и соответствующая буква появляется в верхней строке набора.

Через 5 сек. пациент переходит к набору следующей буквы в слове. В случае ошибки, неправильно введенные буквы не стираются.

Пациентам предлагают набрать не менее трех слов за сессию, а при наличии времени и мотивации - шесть слов. При повышенной утомляемости пациента или ограниченности во времени терапевтическую сессию завершают вне зависимости от количества набранных слов.

В среднем пациенты набирали по 4,3 слова за сессию (21,4 символа). Для каждой попытки предлагают новые слова. По желанию пациента между набором слов делают короткую паузу на отдых.

ЭЭГ регистрируют монополярно в восьми отведениях: Р3, Pz, Р4, Ро7, Ро8, O1, Oz, O2. В качестве референта используют электрод на мочке правого уха, в качестве средней точки усилителя ("Земля") - электрод в позиции Fp1.

Каждая сессия работы с ИМК не имеет временных ограничений, однако рекомендуется проведение занятия не дольше 1 часа каждый рабочий день в течение не менее 10 дней.

Этап калибровки вместе с подготовительными процедурами (установка электродов, дополнительные инструкции и пр.) занимает в среднем 22 мин, общая продолжительность терапевтической сессии вместе с фазой набора текста - от 37 мин.

Примеры осуществления способа:

Было обследовано 19 пациентов в возрасте от 35 до 75 лет (медиана 60): 9 женщин и 10 мужчин с диагнозом ишемический инсульт в бассейне левой средней мозговой артерии, давность инсульта в подавляющем большинстве случаев была не более 12 месяцев (медиана 77 дней, интерквартильный размах 40.5-161.5 дней). По данным структурной нейровизуализации, у всех испытуемых были выявлены постинфарктные изменения вещества мозга в системе левой средней мозговой артерии. Средний объем очага составил 20 см³ (интерквартильный размах 5-40 см³).

Критериями включения стали: ишемический инсульт в каротидном бассейне кровообращения; возраст от 35 до 75 лет (возраст до 35 лет не включен в критерии ввиду отсутствия таких пациентов в стационаре на момент исследования), наличие нарушений речи в виде афазии от легкой до средней степени тяжести, дефицит управляющих функций.

К критериям исключения относилось наличие в анамнезе таких состояний как клаустрофобия, эписиндром и нейроинфекция, повторный инсульт, наличие кардиостимулятора. С целью формирования по возможности наиболее однородной группы по своему реабилитационному потенциалу из группы исследования также были исключены такие состояния как сахарный диабет, метаболический синдром, выраженные аффективные нарушения, повышенная утомляемость (низкая толерантность к когнитивной нагрузке).

В группу испытуемых вошли пациенты с наиболее распространенной формой инсульта головного мозга - острое нарушение мозгового кровообращения (ОНМК) по ишемическому типу в бассейне левой среднемозговой артерии (ЛСМА).

Дизайн исследования предполагал комплексную оценку нейропсихологического и неврологического статуса пациентов, а также показателей работы с ИМК-Р300. Комплексное обследование пациентов проводилось 2 раза: непосредственно перед и сразу после завершения курса работы с ИМК-Р300. Для нейропсихологического исследования когнитивных функций использовались батарея лобной дисфункции (FAB - Frontal Assesment Battery (Dubois et al. 2000), тест «таблицы Шульте», шкалы батареи нейропсихологического исследования В.М. Шкловского (Шкловский 1994), определение формы афазии (по классификации афазий А.Р. Лурия (Лурия 2018) и степени ее выраженности. В качестве основных поведенческих показателей при работе с ИМК анализировалась точность набора текста на основе расчета доли безошибочно набранных символов среди всех попыток выбора, продолжительности набора буквы (в секундах), количества набранных букв за сессию. Период времени между двумя тестированиями был строго ограничен временем проведения тренировок с использованием ИМК-300.

У пациентов выявлялись, помимо речевых, нарушения управляющих функций легкой или средней степени (только три пациента показали нормативные показатели по тесту FAB). У всех пациентов выявлялись нарушения фонового (нейродинамического) компонента когнитивных функций средней и легкой степени.

Результаты изменения показателей работы в среде ИМК-300 приведены на Фиг. 1, 2 и 3.

На Фиг. 1 представлены показатели точности ввода текста пациентами с помощью ИМК на протяжении 10 сессий. Показаны средние значения (n=19) и стандартная ошибка среднего.

На Фиг. 2 представлен период времени, затраченный пациентами для ввода одной буквы с помощью ИМК на протяжении 10 сессий. Показаны средние значения (n=19) и стандартная ошибка среднего.

На Фиг. 3 представлено общее количество вводимых за каждую сессию букв с помощью ИМК на протяжении 10 сессий. Показаны средние значения (n=19) и стандартная ошибка среднего.

Как видно из Фиг. 1-3 прослеживалась положительная динамика точности ввода текста, средних значений периода времени, затраченного пациентами для ввода каждой буквы и общего количества вводимых пациентом букв за сессию.

На Фиг. 4 представлены результаты коррекции когнитивных нарушений в форме результатов теста на внимание «Таблицы Шульте» до начала работы пациентов с ИМК и после последней сессии работы. Показаны средние значения за сессию (n=17) и стандартная ошибка среднего. А - общий показатель эффективности выполнения теста (время работы с таблицами). Б - показатель психической устойчивости.

Показатели эффективности работы улучшились у 11 из 17 проходивших тест пациентов, а психической устойчивости - у 14 из 17 пациентов. Среднее значение баллов в батарее тестов лобной дисфункции увеличилось после завершения работы, р<0.05. При исследовании состояния нейродинамического компонента когнитивных функций отмечалось достоверное улучшение показателей, р<0.05. При этом наблюдались корреляции данного показателя с эффективностью работы в интерфейсе мозг-компьютер. При исследовании слухо-речевой памяти после тренинга с использованием ИМК на волне Р300 отмечен достоверный рост объема памяти, р<0.05 и уменьшение среднего количества ошибок воспроизведения слов, р<0.05.

В ходе настоящего исследования было показано, что у пациентов, вошедших в исследование, при ежедневной работе с системой "НейроЧат" к 10-му дню тренировки наблюдался значимый прирост показателей: точность и скорость ввода текста, и общее количество вводимых за сессию букв. Также установлено, что указанные параметры работы в "НейроЧат" были значимо связаны с показателями функции внимания, нейродинамического компонента и объемом памяти (по данным нейропсихологического обследования).

Клинические примеры:

1. Пациентка Ф-ва Д.А., 35 лет, диагноз «Последствия инфаркта мозга, состояние после инфаркта головного мозга в бассейне левой СМА от 25.04.18 г., неустановленный подтип. Легкий верхний правосторонний парез. Дизартрия. Элементы моторной афазии. Нарушение нейродинамического компонента психической деятельности». Находясь на реабилитационном лечении в стационаре ГБУЗ ЦПРиН ДЗМ проходила курс тренировок в среде «НейроЧат» в течение 10 рабочих дней, длительность занятия - 1 час.

По данным нейропсихологического обследования, проводившегося до и после курса тренировок, отмечается положительная динамика в виде нормализации лобной функции (показатели по батарее лобной дисфункции - 14 и 18 баллов соответственно). Также наблюдался рост показателей по тестам фунции внимания: время выполнения теста снизилось с 34 до 32.4 сек, положительно изменился показатель психической устойчивости (по данным таблицы Шульте). Отмечался небольшой рост показателей некоторых субтестов раздела "Понимание речи". Слухоречевая память - без изменений.

2. Пациент П-ков А.П., 74 года, диагноз «Последствия инфаркта мозга, Состояние инфаркта головного мозга в бассейне левой СМА от 07.04.2018 г. Правосторонний легкий гемипарез, преимущественно в руке. Акустико-мнестическая афазия. Нарушение нейродинамического компонента психической деятельности. Речевой дефект легкой степени выраженности. Легкие когнитивные нарушения». Находясь на реабилитационном лечении в стационаре ГБУЗ ЦПРиН ДЗМ проходил курс тренировок в среде «НейроЧат» в течение 10 рабочих дней, длительность занятия - 1 час.

По данным нейропсихологического обследования, проводившегося до и после курса тренировок, отмечается положительная динамика в виде улучшения лобной функции (показатели по батарее лобной дисфункции - 11 и 14 баллов соответственно). Также наблюдался рост показателей по тестам функции внимания: положительно изменился показатель врабатывемости и психической устойчивости (по данным таблицы Шульте). Речевые показатели - без изменений. Слухоречевая память - увеличение объема на 1 единицу.

Полученные данные свидетельствуют о том, что в ходе многодневной работы (10 сессий) с набором текста в ИМК-Р300 18 из 19 пациентов не только освоили набор текста посредством фокусирования внимания на экранных символах, но и показали постепенное улучшение точности и скорости ввода команд, а также общего количества вводимых за сессию букв.

Способ реабилитации когнитивных функций у пациентов с очаговыми поражениями головного мозга, включающий предоставление пациенту изображения символа на экране монитора, распознавание пациентом предоставленного изображения, отличающийся тем, что пациент выполняет заданные упражнения в среде интерфейса мозг-компьютер (ИМК) на волне Р300 с использованием нейрокоммуникационного комплекса "НейроЧат", снабженного гарнитурой, регистрирующей ЭЭГ; во время терапевтической сессии пациент с установленным прибором регистрации ЭЭГ сидит за столом, на котором располагается монитор и карточка с напечатанным заданным словом; каждая терапевтическая сессия состоит из двух этапов: этап калибровки, включающий он-лайн регистрацию реакций ЭЭГ пациента в ответ на подсветку на 200 мсек отдельных букв русского алфавита на экране компьютера, соответствующую обнаружению интереса пациента к нужной букве, автоматическое включение изображения этой буквы на экране, и этап набора заданного текста, который заключается в том, что пациент мысленными усилиями, переводом внимания от буквы к букве набирает на экране заданное слово, не прикасаясь к клавиатуре; терапевтические сессии проводят 1 раз в день продолжительностью не более 1 часа в зависимости от самочувствия пациента в течение 10 дней.