Нейроинтерфейс поможет нейропротезу

Компании «НейроЧат» (резидент «Сколково») и «Косима» решили объединить усилия. Они намерены сделать реабилитацию людей, переживших инсульт, максимально комфортной.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Началось все с компании «Косима», которая уже много лет разрабатывает устройства и методики, основанные на неинвазивной чрескожной электростимуляции спинного мозга. Устройства помогают обрести или вернуть движение детям с ДЦП, пациентам со спинальными травмами или после инсульта.

«Спинной мозг — орган центральной нервной системы, который содержит нервные волокна, передающие двигательные импульсы из головного мозга мышцам (нисходящие пути) и сенсорную информацию головному мозгу из конкретного участка организма от чувствительных рецепторов (восходящие пути). В спинном мозге также находятся нейроны и нейронные сети, обеспечивающие реализацию автоматических движений. Через спинной мозг можно воздействовать практически на любые внутренние структуры человеческого организма»,— объясняет генеральный директор «Косимы» Сергей Черноуцан.

Известно, что в 1970-е годы прошлого века стимуляция спинного мозга электрическими импульсами практиковалась с целью купирования болей, когда фармакология была бессильна.

Исследованиями воздействия электрическими импульсами на спинной мозг для восстановления движений в 1990-х годах впервые занялся российский нейрофизиолог Юрий Герасименко, сейчас доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией физиологии движений Института физиологии им. И. П. Павлова РАН (Санкт-Петербург), научный руководитель «Косимы». Речь тогда шла об инвазивных методиках воздействия, далеко небезопасных и очень дорогостоящих. Герасименко с коллегами из США проводил исследования по изучению экспериментальных доказательств существования в спинном мозге человека локомоторных нейронных сетей, воздействуя на которые электрическими импульсами можно было бы инициировать движения ног у парализованных пациентов. Эта работа увенчалась успехом. Были выявлены зоны локализации локомоторных нейронных сетей в структурах спинного мозга, названных генераторами шагательных движений, и определены условия их активации.

«Это было прорывное открытие, поскольку пациенты с диагнозом “параплегия” (паралич ниже уровня поражения) считались бесперспективными в плане восстановления двигательной активности, их реабилитация сводилась главным образом к общеукрепляющей лечебной физкультуре и адаптации к жизни в инвалидкой коляске»,— говорит Черноуцан.

Годы исследований ушли у профессора Герасименко и его коллег на то, чтобы научиться управлять локомоторной функцией при инвазивной электрической стимуляции с помощью имплантируемых в спинной мозг электродов. В ходе научных исследований удалось доказать, что с помощью стимуляции спинного мозга можно реанимировать и реактивировать нефункциональные локомоторные системы и восстановить произвольные движения у парализованных пациентов, существенно улучшив качество их жизни. Результаты этого исследования были опубликованы в престижном медицинском журнале Lancet (2011).

Благодаря этим результатам стало понятно, что с помощью электрической стимуляции спинного мозга можно добиться восстановления движений у парализованных людей. Стало ясно и то, что из-за послеоперационных рисков и дороговизны масштабировать инвазивный, операционный метод воздействия на широкую популяцию больных будет практически невозможно.

Тогда началась разработка неинвазивного метода воздействия на спинной мозг для регуляции локомоторной функции, применение которого могло бы сделать такую стимуляцию доступной лечебной методикой для восстановления десятков тысяч парализованных больных по всему миру. В 2014 году команда врачей и инженеров компании «Косима» под руководством Юрия Герасименко разработала и запатентовала первый в мире прибор для неинвазивной электростимуляции спинного мозга при заболеваниях, связанных с поражением центральной нервной системы. Он называется NeoStim-5. С его помощью можно восстанавливать двигательные функции у парализованных больных, улучшать координацию ходьбы. Этот прибор востребован и используется во многих нейрофизиологических научных лабораториях и центрах США, Канады и Европы. «Мы поставили за рубеж более 50 таких приборов, и все знают, что это российская технология»,— с гордостью говорит Черноуцан. Затем в компании стали работать с другими нозологиями, такими как ДЦП и инсульт.

Проведя большое число экспериментов, исследовательская группа Юрия Герасименко доказала, что в большинстве случаев неинвазивная стимуляция превосходит инвазивную по эффективности, поскольку в отличие от инвазивной позволяет одновременно стимулировать несколько зон спинного мозга, воздействуя на разные локомоторные системы. «Кумулятивный эффект, который благодаря этому достигается, позволяет добиться более значительного реабилитационного воздействия в более короткие сроки»,— отмечает Сергей Черноуцан.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Последняя разработка «Косимы» — портативный спинальный нейропротез, который изначально был разработан для реабилитации после инсульта. Теперь уже понятно, что область его применения значительно шире, говорит гендиректор. В прошлом году нейропротез получил регистрацию Росздравнадзора и сейчас успешно применяется в ряде российских клиник, в том числе в Национальном медицинском исследовательском центре им. В. А. Алмазова, Российском национальном исследовательском медицинском центре им. Н. И. Пирогова, в ФГАУ «Лечебно-реабилитационный центр» Минздрава на Иваньковском шоссе, в Институте неврологии РАН, а также в частном реабилитационном центре «Стимул», где вот уже несколько лет используется вся линейка методик и нейростимуляционного оборудования для восстановления пациентов после инсульта и детей с ДЦП и спинальной мышечной атрофией.

Портативный нейропротез представляет собой шестиканальный стимулятор, соединенный с электродной матрицей, которая накладывается на спину в области поясничного утолщения. «Матрица — это небольшое устройство с шестью электродами, которые могут стимулировать как сам спинной мозг, так и задние корешки спинного мозга. Стимуляция спинного мозга инициирует шагательные движения, стимуляция задних корешков активирует сгибательные мышцы в фазу переноса ноги, а разгибательные мышцы — в фазу опоры конечности. Это позволяет обеспечивать координированную ходьбу у постинсультных пациентов. Такая технология содержит элементы нейрореабилитации и протезирования шагательной функции. Если это правосторонний инсульт, стимулируется спинной мозг плюс корешки с правой стороны, если левосторонний, то с левой. Одновременно стимулируется шейный отдел»,— рассказывает Черноуцан.

Устройство весит не больше 2 кг, и человек, перенесший инсульт, может с ним ходить. Движение происходит не за счет искусственных ортезов, а за счет собственных мышц больного, усиленных чрескожной электростимуляцией спинного мозга.

«Это очередной важный шаг в переходе от абилитации к реабилитации,— уверен гендиректор “Косимы”.— Методика восстановления ходьбы, предложенная нашими специалистами, намного эффективнее, чем, например, экзоскелет, который тоже носят на спине и который весит 25–30 кг. Экзоскелет осуществляет движение за пациента, а с портативным нейропротезом пациент ходит за счет собственной активации мышц, которые усиливаются и укрепляются благодаря стимуляции спинного мозга. Кроме того, у пациента улучшаются паттерн ходьбы и походка, исчезает характерное для инсультников волочение стопы».

Чтобы запустить самостоятельную ходьбу после инсульта, требуются две-три недели ежедневных занятий по четыре часа в день. Все зависит от тяжести поражения. Использование нейропротеза может помочь также детям с ДЦП и тем, кто перенес спинальные травмы.

Примерно полгода назад было решено усовершенствовать спинальный нейропротез при помощи нейроинтерфейса, разработанного специалистами компании «НейроЧат». Так появился проект «Движение — жизнь», который летом этого года вошел в число 20 финалистов конкурса-акселератора «Инновации в реАбилитации», проходившего в «Сколково» с участием лидеров индустрии, в том числе Национального медицинского исследовательского центра терапии и профилактической медицины Минздрава России.

«“Нейрочат” — устройство, которое позволяет управлять внешними устройствами силой мысли,— рассказывает Алеся Чичинкина, директор по коммуникациям и международному развитию одноименной компании.— Оно состоит из черной резиновой шапочки на голову с восемью электродами и компьютерной программы, которая управляет процессом. Человек, не способный двигаться, мысленно выбирает на экране компьютера символ, отвечающий, например, за выполнение команды “поднять руку”. И когда при помощи “нейрочата” этот мысленный выбор осуществлен, система подает импульс, чтобы активировать спинной мозг для осуществления поднятия руки».

Таким образом, электроды на голове считывают сигнал мозга, который идет на спинальный нейропротез и запускает движение. Предполагается, что подключение к работе одновременно головного и спинного мозга даст синергетический эффект, который усилит действие кортикального и спинального уровней управления движениями и обеспечит эффективное восстановление регуляции двигательной активности у постинсультных пациентов. Сейчас инженеры размышляют, какова будет последовательность соединения, как будет происходить считывание сигнала, куда он будет поступать и т. п.

«Мы находимся в начале пути,— говорит Сергей Черноуцан.— Это будет следующий шаг, который позволит с помощью мысли запускать стимуляцию, приводящую в движение руки или ноги. Мы над этим сейчас работаем».

Елена Туева