Система нейрореабилитации и способ нейрореабилитации
NEUROREHABILITATION SYSTEM AND NEUROREHABILITATION METHOD

Область применения
[0001] Изобретение относится к области медицины, а именно к неврологии, и может использоваться в качестве системы и способа нейрореабилитации при двигательной реабилитации пациентов после инсульта в различных фазах, а также при реабилитации пациентов после травм или при других заболеваниях центральной и периферической нервной системы.
Уровень техники
[0002] Из уровня техники известно устройство функционального биологического управления RU 2071723. Устройство включает датчики физиологических параметров, блок преобразования этих параметров в сигналы обратной связи и блок индикации этих сигналов, и отличается тем, что блок индикации сигналов обратной связи выполнен в виде генератора зрительных образов, воспроизводящих игровую ситуацию.
[0003] Недостатком данного устройства является то, что оно не эффективно при реабилитации пациентов с постинсультной нейросимпотоматикой.
[0004] Известен «способ реабилитации больных в различных стадиях нарушений центральной или периферической нервной системы с использованием виртуальной реальности» RU 2655200. Используют виртуальную среду с элементами управления и сенсорного взаимодействия с виртуальным объектом. С учетом информации полученной с регистрирующих электроэнцефалографических и электромиографических датчиков, установленных на голове и пораженной конечности соответственно, а также способности пациента к движениям, регулируют объем управляющих виртуальных движений таким образом, что возникает ощущение завершенности выполняемого движения при демонстрации заданий виртуальной реальности. Причем сенсорное взаимодействие с виртуальными объектами посредством использования зрительного, слухового канала, а также тактильной и проприорецептивной стимуляции рецепторов конечности проводят таким образом, чтобы обеспечить ассоциирование пациента с виртуальным аватаром, с очувствлением тактильного и проприоцептивного контакта с виртуальными объектами и ощущением завершенности выполняемого движения. Способ позволяет обеспечить восстановление движения рук и функций ходьбы пациентов на фоне поражения центральной или периферической нервной системы, а также при патологии опорно-двигательного аппарата за счет использования виртуальной реальности с учетом полученной с регистрирующих электроэнцефалографических и электромиографических датчиков информации.
[0005] Недостатком данного способа является его недостаточная эффективность при реабилитации пациентов в острой фазе инсульта, т.к. в нем не учитывается сигнал зрительного вызванного потенциала.
[0006] Также известен «способ реабилитации постинсультных и посттравматических пациентов» RU 2622206. Пациенту предъявляют задание по кинестетическому воображению движения конечности, и анализируют паттерны мозговой активности пациента, возникающие при воображаемом движении. Данные передают в компьютер для выделения сигналов, ответственных за воображение движения. Пациенту предъявляют по зрительной обратной связи результаты распознавания выполняемого задания в виде метки на экране. По изменению метки определяют правильность выполнения задания. При этом результаты распознавания выполняемого задания по кинестетическому воображению движения паретичной конечности дополнительно предъявляют по тактильной и проприоцептивной обратной связи посредством экзоскелета, надетого на паретичную конечность пациента. При правильном распознавании выполняемого задания экзоскелетом перемещают конечность в направлении воображаемого движения, а при неправильном результате - в противоположном направлении. Способ позволяет увеличить эффективность лечения, что достигается за счет дополнительного вовлечения тактильной проприоцептивной чувствительности в восстановление двигательных функций.
[0007] Недостатком данного способа является его недостаточная эффективность при реабилитации пациентов в острой фазе инсульта, т.к. в нем не учитывается сигнал зрительного вызванного потенциала.
[0008] Известен ЕР 0911015 «ортопедический реабилитационный аппарат с использованием устройств виртуальной реальности». Устройство содержит: экзоскелет, приспособленный для поддержки тела пользователя, сочлененный в местах его сочленения и снабженный небольшими приводами («микроцилиндрами»), приводимыми в действие сжатым воздухом, гидравлически или электрически, предназначенными для перемещения сочлененных частей экзоскелета в соответствии с походкой человека; запрограммированный блок управления для управления работой указанных исполнительных механизмов для перемещения экзоскелета в соответствии с походкой человека; блок дистанционного управления для управления запрограммированным блоком управления с помощью команд для остановки, запуска или управления скоростью человеческой походки; электронный блок виртуальной реальности для передачи пользователю посредством шлема виртуальной реальности картин виртуальной реальности и стимуляции, интерактивных с человеческой походкой; рельс, подвешенный на расстоянии от земли выше роста человека, для поддержки и направления подшипника, скользящего по рельсу; металлический каркас, поддерживаемый указанным подшипником или ползуном и снабженный двумя подвесками или стержнями для поддержки экзоскелета пациента.
[0009] Недостаток такого устройства заключается в недостаточной эффективности при реабилитации пациентов с постинсульиной нейросимпотоматикой в связи с тем, что не учитываются намерения пациента совершить движение регистрируемое устройством регистрации мозговой активности.
[0010] Известна система тренировки для реабилитации верхних конечностей CN 109568083 (опубл. 05.04.2019). Изобретение раскрывает мультимодальную интерактивную систему тренировки робота для реабилитации верхних конечностей. Система содержит модуль сбора и обработки сигналов электроэнцефалограммы (ЭЭГ), модуль робота, комплексный модуль сбора и обработки данных о мышцах пораженных конечностей, модуль оценки тренировочной реабилитации и модуль виртуальной реальности, в котором модуль сбора и обработки сигналов ЭЭГ отражает намерение пациента двигаться, чтобы запустить реабилитационную тренировку; робототехнический модуль помогает больной конечности выполнять реабилитационные упражнения; комплексный модуль сбора и обработки данных о пораженных конечностях получает комплексные показатели данных по пораженной конечности; модуль оценки тренировочной реабилитации используется для обработки и анализа комплексных данных индексов мышц пораженной конечности с тем, чтобы получить количественные параметры оценки реабилитационной тренировки рук пациента; модуль виртуальной реальности используется для отображения виртуальной среды обучения реабилитации и взаимодействует с пациентом посредством отображения сцены и диалога.
[0011] Недостатки такой системы заключаются в отсутствии возможности работать с сигналами зрительного вызванного потенциала, т.к. она работает только с сигналами моторного воображения (the movement intention), что ведет к снижению эффективности реабилитации, особенно в острой фазе инсульта и в случаях, когда имеется высокая степень парализации конечности. Данная система тренировки для реабилитации работает с ЭЭГ-сигналами мозговой активности и не имеет возможности использовать сигналы функциональной ближней инфракрасной спектроскопии. Также в ней не реализована возможность регистрации мышечной активности и миостимуляции. Отсутствует возможность активации зеркальных нейронов, а также возможность отображения в режиме моментальной обратной связи на основании зарегистрированных сигналов мозговой активности степени выполнения поставленного задания. Нет возможности регистрировать сигналы мозговой активности с помощью магнитно-резонансной томографии и магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности мозга. Кроме того, система тренировки для реабилитации верхних конечностей направлена на реабилитацию и тренировку только верхних конечностей и не может использоваться при реабилитации нижних конечностей.
[0012] Также известен способ реабилитации верхних конечностей CN 106621287 (опубл. 10.05.2017). Изобретение раскрывает способ реабилитации верхних конечностей на основе интерфейса мозга-компьютера и технологии виртуальной реальности. На пациента надевают электродный шлем и VR-очки. Компьютер, усилитель ЭЭГ и смартфон соединены в единую систему. В процессе тренировки VR-очки и смартфон формируют сцену тренировочного действия с верхней конечностью от первого лица. Пациент управляет движениями верхней конечности в виртуальной сцене в реальном времени в режиме реального времени, модуль BCI в компьютере автоматически настраивает классификатор в соответствии с текущей тренировочной эффективностью пациента; после завершения тренировки, модуль BCI в компьютере автоматически регулирует классификатор в соответствии с текущим тренировочным эффектом пациента.
[0013] Недостатки данного способа заключаются в том, что он не позволяет работать с сигналами зрительного вызванного потенциала и работает только с сигналом моторного воображения, что ведет к снижению эффективности реабилитации особенно в острой фазе инсульта и в случаях, когда имеется высокая степень парализации конечности. Также данный способ направлен на работу с электрическим сигналом мозговой активности и не использует сигналы функциональной ближней инфракрасной спектроскопии, не предусмотрено возможности регистрировать сигналы мозговой активности с помощью магнитно-резонансной томографии и магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности мозга. Отсутствует возможность активации зеркальных нейронов, а также возможность отображения в режиме моментальной обратной связи на основании зарегистрированных сигналов мозговой активности степени выполнения поставленного задания. Не реализованы электромиостимуляция и электромиография. Кроме того, данный способ направлен на реабилитацию и тренировку только верхних конечностей и не может использоваться при реабилитации нижних конечностей.
[0014] Известен тренажер для восстановления подвижности пальцев рук RU 147759 (опубл. 20.11.2014). Полезная модель относится к медицине, предназначена для реабилитации пациентов с параличами верхних конечностей и направлена на обеспечение возможности движения каждым пальцем руки по мысленным командам пациента. Указанный результат достигается тем, что тренажер для восстановления подвижности пальцев рук содержит экзоскелет кисти руки, приводы перемещения пальцев экзоскелета с блоком их управления; при этом он снабжен индивидуальным приводом перемещения каждого из пальцев, снабженных средством привлечения внимания пациента, а вход блока управления приводами пальцев соединен с электроэнцефалографическим шлемом, надеваемым на голову пациента, при этом блок управления содержит последовательно соединенные блок регистрации электроэнцефалограммы, блок анализа электроэнцефалограммы и блок формирования команд на приводы пальцев.
[0015] Недостатком данного тренажера является использование в качестве устройства визуального отображения светодиода для привлечения внимания пациента, и вследствие этого недостаточная вовлеченность пациента в процесс тренировки и как следствие понижение эффективности тренажера. Также к недостаткам данного тренажера можно отнести то, что он предназначен для тренировки и реабилитации только верхних конечностей, а именно кистей рук и не подходит для тренировки и реабилитации руки в целом и нижних конечностей. Помимо этого, отсутствует возможность активации зеркальных нейронов, а также возможность отображения в режиме моментальной обратной связи на основании зарегистрированных сигналов мозговой активности степени выполнения поставленного задания. Нет возможности регистрировать сигналы мозговой активности с помощью магнитно-резонансной томографии и магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности мозга.
Раскрытие терминов
[0016] Компьютер - устройство или система, способная выполнять заданную, четко определенную, изменяемую последовательность операций, а также любое устройство или группа взаимосвязанных или смежных устройств, одно или более из которых, действуя в соответствии с программой, осуществляет автоматизированную обработку данных. В рамках приведенного ниже описания, компьютер может быть представлен в виде и быть расположен в персональном компьютере (является наиболее предпочтительным вариантом), в мобильном устройстве (телефон, смартфон и т.п.), кроме того возможен вариант расположения удаленно, например, на сервере, на устройстве локальной сети или в облаке, также возможен вариант расположения на микрокомпьютере или нескольких микрокомпьютерах, встроенном в один или несколько из элементов системы.
[0017] Команды на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности - это команды, которые получены на основе обработанных компьютером сигналов мозговой активности для передачи их на роботизированное устройство, например экзоскелет конечности, для совершения воздействия на тренируемый объект, например для перемещения конечности или совершения определенного движения, или иного физического воздействия на тренируемый объект с использованием роботизированного устройства; а также команды, передаваемые на устройство визуального отображения для демонстрации реабилитируемому пациенту хода или степени выполнения задания.
[0018] Тренируемый объект это, как правило, конечность (рука, нога), пальцы, а также отдельные части конечностей, например, стопа, коленный, голеностопный сустав, плечо, предплечье или кисть, пальцы и прочие части тела, пораженные параличом или парезом, и которым вследствие этого требуется двигательная (моторная) реабилитация. Различают также нетренируемый объект здоровую конечность или ее часть, симметричную реабилитируемой относительно продольной оси тела человека.
[0019] База данных - систематизированная совокупность информации, необходимой для работы системы, и включающая в том числе набор эталонных сигналов (характерных паттернов) мозговой активности, возникающих в ходе выполнения ментального задания, в том числе в ответ на команды и стимулы поступающие в ходе выполнения задания. База данных наполняется эталонными сигналами (паттернами) на основе результатов обучения классификаторов.
[0020] Классификатор - программный алгоритм, который после обучения выявляет паттерны мозговой активности возникающие при выполнении задания.
[0021] Нейропластичность - процесс в мозге, восстанавливающий нейронные связи взамен утраченных или пораженных в результате заболевания.
[0022] Регистрация мозговой активности - процесс считывания и регистрации сигналов, возникающих в головном мозге в результате электрохимической активности нейронов. Во время мышления либо испытывания разнообразных эмоций и чувств, происходит взаимодействие нейронов между собой через специальные отростки называемые аксонами. Данного рода взаимодействие имеет электрохимическую природу. Когда взаимодействуют большие группы нейронов (сотни тысяч) единовременно, то в результате электрохимической активности генерируется электрическое поле достаточной мощности для того, чтобы быть зарегистрированным с внешней стороны головы.
Краткое описание изобретения
[0023] Задачей заявленного изобретения является двигательная (моторная) реабилитация пациентов после инсульта и других заболеваний центральной нервной системы, вызывающих двигательный дефицит в конечностях.
[0024] Технический результат изобретения заключается в увеличении эффективности моторной реабилитации, в том числе в острой, подострой и хронической фазах инсульта и при других заболеваниях центральной нервной системы за счет использования системы и способа нейрореабилитации и методов данного изобретения, которые стимулируют восстановление подвижности парализованных конечностей путем формирования нейронной биологической обратной связи между намерением пациента совершить движение конечностью и его реализацией.
[0025] Система нейрореабилитации данного изобретения включает:
[0026] устройство визуального отображения, устройство регистрации мозговой активности, роботизированное устройство для воздействия на тренируемый объект, компьютер, базу данных, а также программное обеспечение для распознавания и выделения зарегистрированного сигнала мозговой активности и интерпретации выделенного зарегистрированного сигнала с использованием базы данных, при этом компьютер с программным обеспечением выполнен с возможностью передавать команды, сформированные на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности, на роботизированное устройство и/или на устройство визуального отображения по принципу приема-передачи.
[0027] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой в качестве устройства визуального отображения используется устройство виртуальной реальности.
[0028] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой в качестве роботизированного устройства используется экзоскелет, например экзоскелет конечности.
[0029] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой в качестве устройства регистрации сигналов мозговой активности используется электроэнцефалограф.
[0030] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой в качестве устройства регистрации сигналов мозговой активности используется устройство функциональной ближней инфракрасной спектроскопии.
[0031] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой в качестве устройства регистрации сигналов мозговой активности используется устройство магнитно-резонансной томографии.
[0032] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой в качестве устройства регистрации сигналов мозговой активности используется устройство регистрации магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности мозга.
[0033] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, в которой для регистрации мозговой активности применяются совместно по крайней мере два различных устройства регистрации.
[0034] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, которая дополнительно содержит электромиостимулятор для стимуляции мышц приводящих в заданное движение тренируемый объект.
[0035] Возможно выполнение системы нейрореабилитации, которая дополнительно содержит электромиограф для регистрации электрической активности мышц, приводящих в движение тренируемый объект, а также для регистрации активности соответствующих мышц нетренируемого объекта, а именно мышц здоровой противоположной конечности.
[0036] Технический результат достигается способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, включающим:
[0037] визуальное предоставление устройством визуального отображения задания по совершению движения тренируемым объектом,
[0038] регистрацию сигналов мозговой активности устройством регистрации мозговой активности,
[0039] передачу зарегистрированных сигналов мозговой активности в компьютер с программным обеспечением, связанный с базой данных,
[0040] выделение необходимых для интерпретации сигналов мозговой активности компьютером с программным обеспечением,
[0041] интерпретацию выделенных сигналов путем сопоставления с базой данных,
[0042] передачу команды, сформированной на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности, роботизированному устройству для воздействия на тренируемый объект,
[0043] воздействие роботизированного устройства на тренируемый объект в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности и полученной командой,
[0044] передачу сигнала устройству визуального отображения,
[0045] визуальное предоставление на устройстве визуального отображения выполняемого задания.
[0046] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором на этапе выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности выделяют сигнал зрительного вызванного потенциала.
[0047] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором на этапе выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности выделяют сигнал моторного воображения.
[0048] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором на этапе выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности выделяют сигналы зрительного вызванного потенциала и моторного воображения.
[0049] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором для воздействия на тренируемый объект роботизированным устройством регистрируют сигналы мозговой активности, относящейся к здоровому объекту.
[0050] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором дополнительно к сигналам мозговой активности регистрируют сигналы мышечной активности.
[0051] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором воздействие на тренируемый объект роботизированным устройством производят в соответствии с мышечной активностью здорового объекта.
[0052] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором передачу сигнала устройству визуального отображения осуществляют от роботизированного устройства.
[0053] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором воздействие на тренируемый объект роботизированным устройством в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности сопровождается дополнительно электростимуляцией мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект.
[0054] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором выбор и/или настройка программного классификатора, используемого для формирования базы данных, осуществляется автоматически.
[0055] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором данные интерпретации мозговой активности, полученные в ходе выполнения задания, в том числе данные, полученные во время физического воздействия роботизированным устройством на объект, записывают в базу данных.
[0056] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором на устройстве визуального отображения в режиме моментальной обратной связи на основании зарегистрированных сигналов мозговой активности отображают степень выполнения поставленного задания.
[0057] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации, в котором визуальное предоставление на устройстве визуального отображения выполняемого задания реализовано образом, стимулирующим активацию зеркальных нейронов.
[0058] Возможно достижение заявленного результата способом нейрореабилитации в котором предоставление задания, регистрация сигналов и выполнение задания разделены на несколько этапов, при этом на каждом этапе выполнения задания биоэлектрическая активность может фиксироваться различными устройствами, а действия выполняться с разными частями тренируемого объекта, при этом каждый этап отображается на устройстве визуального отображения самостоятельно.
Описание иллюстраций
[0059] На фигуре 1 изображена блок-схема взаимодействия основных компонентов системы нейрореабилитации.
[0060] На фигуре 2 изображен набор элементов системы нейрореабилитации.
[0061] На фигуре 3 изображен общий вид системы нейрореабилитации (пример реализации для реабилитации верхних конечностей).
[0062] На фигуре 4 изображен общий неполный вид системы нейрореабилитации (пример реализации для реабилитации нижних конечностей).
[0063] На фигуре 5 изображена блок-схема последовательности действий при реализации способа нейрореабилитации (в базовом варианте).
[0064] На фигуре 6 изображена блок-схема последовательности действий при реализации способа нейрореабилитации, в котором на этапе выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности выделяют сигнал зрительного вызванного потенциала и моторного воображения.
[0065] На фигуре 7 изображена блок-схема последовательности действий при реализации способа нейрореабилитации, в котором дополнительно к сигналам мозговой активности регистрируют сигналы мышечной активности.
[0066] На фигуре 8 изображена блок-схема последовательности действий при реализации способа нейрореабилитации, в котором воздействие на тренируемый объект роботизированным устройством в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности сопровождается дополнительно электростимуляцией мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект.
[0067] На фигуре 9 изображена блок-схема последовательности действий при реализации способа нейрореабилитации, в котором визуальное предоставление на устройстве визуального отображения выполняемого задания реализовано образом, стимулирующим активацию зеркальных нейронов.
[0068] На фигуре 10 изображена блок-схема последовательности действий при реализации способа нейрореабилитации, в котором объединены варианты реализации способа нейрореабилитации.
[0069] Позиция 1 - устройство визуального отображения;
[0070] Позиция 2 - устройство регистрации мозговой активности;
[0071] Позиция 3 - компьютер;
[0072] Позиция 4 - роботизированное устройство;
[0073] Позиция 5 - электростимулятор;
[0074] Позиция 6 - электромиограф;
[0075] Позиция 7 - трекер движения;
[0076] Позиция 8 - контроллерный блок;
[0077] Позиция 9 - кнопка экстренной остановки движения;
[0078] Позиция 10 - визуальное предоставление задания устройством визуального отображения;
[0079] Позиция 11 - регистрация сигналов мозговой активности устройством регистрации мозговой активности;
[0080] Позиция 12 - передача сигналов мозговой активности в компьютер с программным обеспечением и базой данных;
[0081] Позиция 13 - выделение и распознавание зарегистрированных сигналов мозговой активности компьютером и интерпретация путем сопоставления с базой данных;
[0082] Позиция 14 - передача команды, на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности, роботизированному устройству для воздействия на тренируемый объект;
[0083] Позиция 15 - воздействие роботизированного устройства на тренируемый объект в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности;
[0084] Позиция 16 - передача цифрового сигнала на устройство визуального отображения;
[0085] Позиция 17 - выделение сигнала зрительного вызванного потенциала;
[0086] Позиция 18 - выделение сигнала моторного воображения;
[0087] Позиция 19 - регистрация электромиографом активности мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект;
[0088] Позиция 20 - регистрация электромиографом активности мышц нетренируемого объекта, соответствующих приводящим в заданное движение тренируемый объект;
[0089] Позиция 21 - электростимуляция мышц приводящих в заданное движение тренируемый объект;
[0090] Позиция 22 - стимуляция активации зеркальных нейронов.
[0091] Позиция 23 - система нейрореабилитации в целом.
Подробное описание
[0092] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако квалифицированному в предметной области специалисту очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.
[0093] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.
[0094] Система нейрореабилитации 23 (изображена на фиг. 1 в виде блок-схемы взаимодействия элементов системы) включает устройство визуального отображения 1, в качестве которого, как правило, используется устройство виртуальной реальности, которое может быть представлено в виде очков виртуальной реальности (фиг. 2), а также шлема виртуальной реальности. При этом шлем виртуальной реальности может быть оснащен устройством для воспроизведения и прослушивания аудиосигнала, что позволяет в большей степени вовлечь пациента в воображаемый процесс. Использование устройства визуального отображения 1 в системе нейрореабилитации позволяет визуально предоставить пациенту задание, а также отобразить его выполнение. Таким образом, пациент вовлекается в воображаемый процесс, заставляющий мозг «поверить» в реальность связи между намерением совершить движение и реальным движением тренируемого объекта, т.е. парализованной конечности, что способствует повышению эффективности моторной реабилитации, в том числе в острой, подострой и хронической фазах инсульта и при других заболеваниях центральной нервной системы. Кроме того, устройство визуального отображения 1, в том числе в варианте реализации в виде устройства виртуальной реальности, позволяет визуально отобразить анимированный пример выполнения задания – например, в форме виртуального фантома, "совершающего" заданные движения, в то время как реально тренируемый объект например, рука - находится в покое. Наблюдение за движущимся фантомом облегчает выполнение ментальной задачи моторного воображения. Предусмотрена также возможность отобразить ход выполнения задания «от третьего лица» - то есть пациенту в ходе перемещения конечности предъявляется вид на себя "со стороны". Наблюдение за выполнением задания «от третьего лица» стимулирует активацию зеркальных нейронов, облегчающую восстановление нейронных связей. Таким образом, эти режимы отображения задачи и хода ее выполнения повышают эффективность двигательной реабилитации.
[0095] Система нейрореабилитации 23 (фиг. 1) также включает устройство регистрации мозговой активности 2, которое регистрирует и передает в компьютер 3 сигналы мозговой активности, образуя при этом интерфейс мозг-компьютер, задачей которого является регистрация, обработка, выделение и интерпретация активности мозга с целью определить намерение пациента совершить движение тренируемым (или нетренируемым) объектом. В качестве устройства регистрации мозговой активности 2 может использоваться электроэнцефалограф (фиг. 2) или аналогичное устройство, регистрирующее электрическую и биоэлектрическую активности мозга с поверхности кожи головы. Также может использоваться устройство ближней инфракрасной спектроскопии (NIRS - near-infrared spectroscopy, спектроскопия в ближней инфракрасной области, или БИК-спектроскопия), измеряющее мозговую активность через гемодинамические реакции, связанные с нейроактивностью; кроме того может использоваться устройство магнитно-резонансной томографии (МРТ) регистрирующее сигналы ядерного магнитного резонанса, а также устройства, считывающие и регистрирующие магнитные поля, возникающие вследствие электрической активности мозга. Наиболее предпочтительными на практике вариантами использования в качестве устройства регистрации мозговой активности 2 являются электроэнцефалограф и устройство ближней инфракрасной спектроскопии. Кроме того, перечисленные устройства могут быть использованы в различных комбинациях, но наиболее предпочтительным вариантом комбинации устройств регистрации мозговой активности 2 является совместное использование электроэнцефалографа и устройства ближней инфракрасной спектроскопии. Совместное использование электроэнцефалографа и устройства ближней инфракрасной спектроскопии позволяет повысить точность считывания и регистрации сигналов мозговой активности, более качественно распознать намерение пациента и, следовательно, положительно влияет на повышение эффективности реабилитации. Комбинация этих технологий может быть реализована в едином компактном устройстве.
[0096] Система нейрореабилитации 23 (фиг. 1) также включает роботизированное устройство 4, которое служит для физического взаимодействия с тренируемым объектом, то есть парализованной, паретичной, реабилитируемой конечностью, в том числе для перемещения тренируемого объекта в соответствии с распознанными сигналами мозговой и/или мышечной активности. При этом возможны различные варианты реализации роботизированного устройства 4, предназначенные для тренировки и реабилитации верхних (фиг. 3), нижних (фиг. 4) конечностей, а также отдельных частей конечностей. В том числе в качестве роботизированного устройства может использоваться экзоскелет, и в частности экзоскелет конечности (фиг. 4). При этом роботизированное устройство 4 может быть выполнено с возможностью передавать цифровой сигнал на устройство визуального отображения 1 напрямую, а также через компьютер 3. Возникающая в результате анализа нейрофизиологических сигналов и соответствующего комплексного когнитивного, проприоцептивного и кинестетического воздействия на организм пациента биологическая обратная связь стимулирует нейропластичность и таким образом положительно влияет на эффективность реабилитации.
[0097] Система нейрореабилитации 23 (фиг. 1) также включает компьютер 3, на котором расположено программное обеспечение для распознавания и выделения зарегистрированного сигнала и его интерпретации с использованием базы данных, которая может быть расположена как на компьютере 3, так и на отдельном устройстве, а также на сервере или в облачном хранилище. В системе нейрореабилитации 23 (фиг. 1) компьютер 3 передает команды, сформированные на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой и/или мышечной активности, на роботизированное устройство 4 и/или на устройство визуального отображения 1 по принципу приема-передачи. Компьютер 3 (фиг. 1) в совокупности с устройством регистрации мозговой активности 2 образуют интерфейс мозг-компьютер. Сигналы мозговой активности поступают с устройства регистрации мозговой активности 2 в компьютер 3, после чего при помощи установленного на нем программного обеспечения в них распознаются и выявляются паттерны, позволяющие определить активность, которую намеревается выполнить пациент по совершению движения конечностью, то есть определить выбранную цель или движение. При этом компьютер 3 с программным обеспечением интерпретирует сигналы мозговой активности с использованием программных классификаторов, сравнивающих поступающие сигналы с находящимися в базе данных эталонными паттернами мозговой активности. Интерпретация сигналов мозговой активности с помощью программных классификаторов происходит с использованием различных математических аппаратов, в том числе технологии искусственных нейронных сетей, путем выявления характерных особенностей (паттернов) активности головного мозга, например, связанных с внешней стимуляцией или когнитивной активностью, и далее поиска сходных паттернов в распознанном, выделенном, интерпретируемом сигнале мозговой активности. При этом классификаторы адаптивно перенастраиваются, то есть «обучаются», как автоматически, так и вручную, подстраиваясь под конкретные задачи и конкретного пациента. Возможен автоматический и ручной подбор классификаторов, что позволяет повысить точность их работы и снизить время обучения классификатора. Компьютер 3, на котором расположены программные классификаторы, позволяет выделить и распознать как паттерны моторного воображения, так и паттерны зрительных вызванных потенциалов (электрической волны бессознательно возникающая в коре головного мозга как реакция на «значимый» зрительный стимул - например, на изменение яркости - «подсветку» объекта на устройстве визуального отображения I, на котором пациент сконцентрировал свое внимание). За счет «бессознательного» возникновения и характерных особенностей паттерна зрительного вызванного потенциала, позволяющих с высокой точностью выявлять его в сигналах мозговой активности, такая парадигма требует меньшего ментального напряжения от пациента и может быть применена при пониженном когнитивном уровне, характерном для острой фазы инсульта. При этом возможно выделение, распознавание и дальнейшая работа как по отдельности сигнала моторного воображения и сигнала зрительного вызванного потенциала, так и совместное выделение, распознавание и дальнейшая работа с этими двумя типа сигналов. Таким образом, применение компьютера 3, на котором может быть расположена база данных, а также программного обеспечения для распознавания и выделения зарегистрированного сигнала и интерпретации выделенного зарегистрированного сигнала с использованием базы данных способствует повышению эффективности реабилитации.
[0098] Следует отметить, что компьютер 3, на котором расположено программное обеспечение, может располагаться в персональном компьютере - наиболее предпочтительный вариант, также компьютер 3 может быть расположен в мобильном устройстве, например смартфоне, кроме того возможен вариант расположения компьютера 3 удаленно, например на сервере, на устройстве локальной сети или в облаке, также возможен вариант расположения компьютера 3 на микрокомпьютере или нескольких микрокомпьютерах, встроенном в один или несколько из элементов системы по п. 1, например, в устройство визуального отображения 1 или в роботизированное устройство 4 и т.п.
[0099] Возможно выполнение системы нейрореабилитации 23 (фиг. 1), которая дополнительно содержит электростимулятор 5 для стимуляции мышц приводящих в заданное движение тренируемый объект. Электростимулятор 5 позволяет реализовать в системе нейрореабилитации функциональную электростимуляцию, заключающуюся в одновременном с перемещением тренируемого объекта роботизированным устройством 4 специфическим электрическим воздействием через кожу на определенные мышцы с целью усилить биологическую обратную связь и стимулировать собственную активность мышц и формирование паттернов нейрональной активности, соответствующих выполнению целевых движений. Кроме того, при использовании функциональной электростимуляции нормализуется работа локомоторных центров на всех вертикальных уровнях регуляции двигательной активности, и достигается максимальная перестройка нейродинамики пациента. Таким образом, дополнительное использование электростимулятора 5 в системе нейрореабилитации повышает ее эффективность.
[00100] Возможно выполнение системы нейрореабилитации 23 (фиг. 1), которая дополнительно содержит электромиограф 6 для регистрации мышечной активности приводящих в движение тренируемый объект. Электромиограф 6 с датчиками, размещенными на коже над определенными мышцами, предназначен для регистрации биоэлектрических потенциалов активности мышц и позволяет регистрировать мышечную активность, то есть считывать и измерять электрическое, и, опосредованно, физическое напряжение в мышцах. Таким образом, может быть считан и зарегистрирован уровень напряжения пациентом собственной мускулатуры. Если собственная активность мышц, приводящих в движение тренируемый объект достаточно высока, дополнительным условием для начала движения может быть установлено создание мышцами пациента определенного собственного усилия, измеряемого электромиографом 6 с датчиками, размещенными на мышцах, приводящих тренируемый объект в движение, а пациент, в дополнение к воображению перемещения, должен стараться такое перемещение выполнить. Возможен вариант, когда перемещение тренируемого объекта роботизированным устройством 4 в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности происходит при условии достаточного уровня зарегистрированной электромиографом активности мышц соответствующего нетренируемого объекта, соответствующих приводящим в заданное движение тренируемый объект, то есть, когда напряжение мышц здоровой конечности приводит в движение пораженную конечность. Постепенное наращивание уровня собственного мышечного усилия, необходимого для активации роботизированного устройства, способствует восстановлению собственной двигательной активности конечности. Таким образом, использование электромиографа 6 в системе нейрореабилитации повышает эффективность реабилитации.
[00101] Для понимания работы и функционирования системы нейрореабилитации 23 изображенной на фигуре 1, ниже приведен пример реализации ее работы и функционирования ее элементов. Данный пример приведен с целью обеспечить возможность понимания специалистом в данной области техники принципов взаимодействия элементов системы и принципов работы и функционирования системы 23 в целом и должен рассматриваться как иллюстративный, а не ограничивающий объем изобретения:
[00102] Пациенту при помощи устройства визуального отображения 1 (например, устройства виртуальной реальности), выдаются задания, связанные с выполнением движений парализованной (тренируемой) конечностью. В ходе выполнения задания пациент должен представить себе движение конечности к выбранной цели, в выбранное положение или в выбранном направлении. Одновременно устройством регистрации мозговой активности 2 регистрируются сигналы мозговой активности. Например, это может быть электроэнцефалограмма (ЭЭГ) пациента, анализируя которую программный классификатор выявляет паттерны электрической активности головного мозга, позволяющие определить выбранную цель или движение. После этого роботизированному устройству 4 (например, экзоскелету) выдается команда о воздействии на конечность (например, ее перемещение) в соответствии с распознанным намерением пациента.
[00103] Если собственная активность мышц пациента, приводящих в движение реабилитируемую конечность достаточно высока, дополнительным условием для начала движения может быть установлено создание мускулами пациента определенного собственного усилия. В этом случае дополнительно используется электромиограф 6 с датчиками, размещенными на мышцах, приводящих конечность в движение, а пациент, в дополнение к воображению перемещения, должен стараться такое перемещение выполнить. Возможна также опция, когда напряжение мышц здоровой конечности приводит в движение пораженную конечность.
[00104] Приведенное выше описание касается и опирается в основном на фиг. 1, на которой показана блок-схема взаимодействия элементов системы нейрореабилитации. Далее для наглядности реализации системы приведено описание фигур 2-4. При этом приведенные варианты осуществления должны рассматриваться во всех отношениях только как иллюстративные, а не ограничивающие объем изобретения.
[00105] Так, на фигуре 2 изображен вариант набора элементов системы нейрореабилитации, в который входят:
[00106] устройство визуального отображения 1, представленное в виде очков виртуальной реальности, обеспечивает визуальное предоставление 10 задания по совершению движения тренируемым объектом и способствует более четкому и образному представлению пациентом выполняемого задания и соответственно усилению проявления мозговой активности для выполнения задания, тем самым увеличивая эффективность формирования сигналов мозговой активности;
[00107] устройство регистрации мозговой активности 2, представленное в виде электроэнцефалографа, способного регистрировать электрическую и биоэлектрическую активности мозга с поверхности кожи головы при помощи датчиков, размещаемых непосредственно на голове пациента;
[00108] компьютер 3, представленный в виде ноутбука, на котором расположено программное обеспечение для распознавания и выделения зарегистрированного сигнала и интерпретации выделенного зарегистрированного сигнала с использованием базы данных. Компьютер 3 передает команды, сформированные на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности, на роботизированное устройство 4 и на устройство визуального отображения 1 по принципу приема-передачи;
[00109] роботизированное устройство 4, представленное в виде одного из вариантов экзоскелета верхней конечности, служит для физического взаимодействия с тренируемым объектом, то есть парализованной, паретичной, реабилитируемой конечностью, в том числе для перемещения тренируемого объекта в соответствии с распознанными сигналами мозговой и/или мышечной активности;
[00110] трекер движения 7, который может использоваться при работе и функционировании роботизированного устройства 4 и позволяет определить позицию тренируемого объекта в пространстве, которая далее передается на устройство визуального отображения 1, для более точной и реалистичной визуализации выполняемого задания;
[00111] контроллерный блок 8, который обеспечивает управление работой приводов роботизированного устройства 4, не является обязательным элементом системы и приведен только лишь в качестве примера реализации. Например, на сегодняшний день производятся такие варианты экзоскелетов, то есть роботизированных устройств, для работы которых не нужен выделенный контроллерный блок, либо они имеют встроенный контроллерный блок;
[00112] кнопка экстренной остановки движения 9 предназначена для экстренной остановки работы роботизированного устройства 4 в случае нештатной ситуации, и может быть вынесенной и встроенной. Таким образом, кнопка экстренной остановки движения 9 способствует повышению безопасности эксплуатации системы нейрореабилитации 23. Наряду с кнопкой возможно применение и других систем обеспечения безопасности эксплуатации системы.
[00113] На фигуре 3 изображен общий вид системы нейрореабилитации в действии (пример реализации для реабилитации верхних конечностей), который включает:
[00114] устройство визуального отображения 1;
[00115] устройство регистрации мозговой активности 2;
[00116] компьютер 3;
[00117] роботизированное устройство 4;
[00118] электростимулятор 5 (на фиг. 3 показан электрод электростимулятора 5) для стимуляции мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект. Электростимулятор 5 позволяет реализовать в системе нейрореабилитации функциональную электростимуляцию, заключающуюся в одновременном с перемещением тренируемого объекта роботизированным устройством 4 электрическим воздействием на соответствующие мышцы с целью усилить биологическую обратную связь, стимулировать собственную активность мышц и формирование паттернов нейрональной активности, соответствующих выполнению целевых движений. Кроме того, при использовании функциональной электростимуляции нормализуется работа локомоторных центров на всех вертикальных уровнях регуляции двигательной активности, и достигается максимальная перестройка нейродинамики пациента;
[00119] электромиограф 6 (на фиг. 3 показан электрод электромиографа 6) обеспечивает регистрацию активности мышц приводящих в движение тренируемый объект. Электромиограф 6 с датчикамипредназначен для регистрации биоэлектрических потенциалов активности мышц и, опосредованно, измерения физического напряжения в них. Таким образом, может быть определен уровень создаваемого пациентом собственного усилия мускулатуры. Соответственно, одним из условий для перемещения тренируемого объекта роботизированным устройством 4 в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности может быть напряжение пациентом собственной мускулатуры до определенного уровня, измеряемого электромиографом 6;
[00120] контроллерный блок 8;
[00121] кнопка экстренной остановки движения 9.
[00122] На фигуре 4 изображен общий неполный вид системы нейрореабилитации (пример реализации для реабилитации нижних конечностей), включающий:
[00123] устройство визуального отображения 1;
[00124] устройство регистрации мозговой активности 2;
[00125] роботизированное устройство 4, представленное в виде одного из вариантов экзоскелета нижней конечности;
[00126] электростимулятор 5 (на фигуре 4 показан электрод электростимулятора 5). В данном примере, электрод электростимулятора 5 расположен на мышце-разгибателе ноги (четырехглавой мышце бедра) в районе коленного сустава, и стимулирует ее работу;
[00127] электромиограф 6 (на фигуре 4 показан электрод электромиографа 6). В данном случае датчик электромиографа 6 расположен в районе четырехглавой мышцы бедра (квадрицепса) пациента, которая служит для разгибания ноги в коленном суставе.
[00128] За счет использования описанных выше элементов заявленное изобретение «система нейрореабилитации на основе интерфейса мозг-компьютер» увеличивает эффективность реабилитации после инсульта, в том числе в острой, подострой и хронической фазах, и при других заболеваниях центральной нервной системы за счет стимуляции восстановления подвижности парализованной конечности путем формирования нейронной биологической обратной связи между намерением пациента совершить движение и его реализацией. Система нейрореабилитации 23 (фиг. 1) позволяет регистрировать, распознавать и выделять сигналы мозговой активности, выявляя намерение пациента совершить движение тренируемым парализованным или аналогичным ему здоровым объектом, и далее помогая совершить это движение. Возникающая в результате биологическая обратная связь стимулирует нейропластичность процесс в мозге, формирующий обходные нейронные пути взамен утраченных или пораженных в результате заболевания, при этом повышение эффективности реабилитации происходит в том числе за счет использования устройства визуального отображения. Таким образом, решается задача, заключающаяся в нейрореабилитации пациентов с постинсультной нейросимпотоматикой.
[00129] Способ нейрореабилитации с использованием системы нейрореабилитации (в базовом варианте) характеризуется, по крайней мере, следующими последовательными действиями, а именно (см. фиг. 5):
[00130] 10 - визуальное предоставление задания устройством визуального отображения;
[00131] 11 - регистрация сигналов мозговой активности устройством регистрации мозговой активности;
[00132] 12 - передача сигналов мозговой активности в компьютер с программным обеспечением, связанным с базой данных;
[00133] 13 - выделение необходимых для интерпретации сигналов мозговой активности компьютером и их интерпретацию путем сопоставления с базой данных;
[00134] 14 - передачу команды, сформированной на основе интерпретации регистрации сигналов мозговой активности, роботизированному устройству для воздействия на тренируемый объект;
[00135] воздействие роботизированного устройства на тренируемый объект в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности;
[00136] - передачу цифрового управляющего сигнала устройству визуального отображения.
[00137] Нейрореабилитация с использованием системы нейрореабилитации осуществляется по следующему способу:
[00138] Пациенту в визуальной и/или звуковой форме выдаются задания, связанные с выполнением движений парализованной конечностью. Визуальное предоставление задания может происходить в среде виртуальной реальности с использованием устройства виртуальной реальности, которое может быть оснащено средствами воспроизведения аудиосигнала, что позволяет в большей степени вовлечь пациента в воображаемый процесс с помощью дополнительной звуковой стимуляции. При этом может быть реализована и звуковая обратная связь для отображения качества выполнения задания, например, с помощью сигналов разной громкости и тональности; или в случае выполнения поставленного задания с высоким качеством может звучать благозвучная мелодия. Визуальное предоставление задания 10 в среде виртуальной реальности увеличивает проявления мозговой активности при выполнении задания, тем самым положительно влияя на эффективности реабилитации;
[00139] Далее, пациент в ходе выполнения задания представляет себе выполнение предоставленного задания по перемещению тренируемого объекта, то есть представляет себе движение конечности к выбранной цели, в выбранное положение или в выбранном направлении, тем самым выполняя заданную мозговую активность, а устройство регистрации мозговой активности 2 регистрирует и передает в компьютер 3 сигналы мозговой активности;
[00140] возможна регистрация и последующая передача в компьютер 3 сигналов активности мозга с использованием в качестве устройства регистрации мозговой активности 2 электроэнцефалографа;
[00141] возможна регистрация и последующая передача в компьютер 3 сигналов активности мозга с использованием в качестве устройства регистрации мозговой активности 2 устройства ближней инфракрасной спектроскопии (NIRS - near-infrared spectroscopy, - спектроскопия в ближней инфракрасной области или БИК-спектроскопия) измеряющей гемодинамические реакции, связанные с нейроактивностью;
[00142] кроме того, возможна регистрация и последующая передача в компьютер 3 информации о мозговой активности в виде информации об уровне индуцированного ядерного магнитного резонанса в клетках мозга зарегистрированного устройством магнитно-резонансной томографии (МРТ);
[00143] также возможна регистрация и последующая передача в компьютер 3 информации о мозговой активности путем регистрации уровня магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности мозга, устройством магнитной энцефалографии (МЭГ) или подобным ему.
[00144] В предлагаемом способе наиболее предпочтительным вариантом является регистрация и последующая передача 12 в компьютер 3 сигналов электрической и биоэлектрической активности мозга с применением электроэнцефалографа в качестве устройства регистрации мозговой активности 2. Еще одним из предпочтительных вариантов является регистрация и последующая передача 12 в компьютер 3 сигналов мозговой активности с использованием устройства ближней инфракрасной спектроскопии.
[00145] При этом возможны различные комбинация приведенных выше вариантов регистрации биоэлектрических сигналов; наиболее предпочтительной комбинацией является совместное использование регистрации и последующей передачи 12 в компьютер 3 сигналов электрической и биоэлектрической активности мозга с применением электроэнцефалографа в качестве устройства регистрации мозговой активности 2, совместно с регистрацией и последующей передачей 12 в компьютер 3 сигналов NIRS. Комбинация вариантов позволяет повысить точность регистрации сигналов мозговой активности, и таким образом более качественно их интерпретировать и увеличить эффективность реабилитации;
[00146] Далее происходит выделение и распознавание зарегистрированных сигналов мозговой активности и их интерпретация 13 компьютером 3 путем сопоставления с базой данных для выявления паттернов активности головного мозга, позволяющих определить выбранную цель или движение. Зарегистрированные сигналы мозговой активности поступают с устройства регистрации мозговой активности 2 в компьютер 3, и при помощи установленного на нем программного обеспечения (которое также может располагаться на сервере, на стороннем устройстве или в облачном хранилище, а вычисления производиться путем распределенного вычисления несколькими устройствами, расположенными удаленно, например на сервере, на стороннем устройстве или в облачном хранилище), сигналы распознаются, и интерпретируются: в них выявляются паттерны активности головного мозга, позволяющие программному обеспечению определить выбранную цель или движение. При этом, компьютер 4 с программным обеспечением интерпретирует сигналы мозговой активности с использованием программных классификаторов и базы данных, содержащей эталонные сигналы мозговой активности. Интерпретация сигналов мозговой активности с помощью программных классификаторов происходит в том числе на основе технологий искусственных нейронных сетей, использующих различные математические аппараты для выявления характерных особенностей (паттернов) активности головного мозга, связанных с внешней стимуляцией или когнитивной активностью и далее поиска таких паттернов в интерпретируемом сигнале. При этом результаты интерпретации мозговой активности записывают в базу данных для ее расширения. Кроме того, классификаторы адаптивно перенастраиваются, то есть «обучаются», подстраиваясь под конкретные задачи и конкретного пациента. Возможен автоматический и ручной подбор оптимальных классификаторов и их параметров, что позволяет повысить точность и скорость их работы и снизить время обучения классификатора. Компьютер 3, на котором может быть расположено программное обеспечение для распознавания и выделения зарегистрированного сигнала и интерпретации выделенного зарегистрированного сигнала с использованием базы данных, позволяет выделить и распознать сигналы зрительного вызванного потенциала 17 и сигналы моторного воображения 18 (фиг. 6). Сигналы моторного воображения 18 – это, как правило, синхронизация/десинхронизация (то есть возрастание/подавление) различных ритмов мозговой активности в зоне представительства конечности в моторной коре и других участках коры. Сигнал зрительного вызванного потенциала 17 (фиг. 6) - это электрическая волна, бессознательно возникающая в коре головного мозга как реакция на «значимый стимул» - например, на визуальное выделение (изменение яркости - «подсветку») объекта, на котором пациент сконцентрировал свое внимание. За счет «бессознательной» природы возникновения и характерных особенностей паттернов зрительного вызванного потенциала, позволяющих с высокой точностью выявлять их в сигналах мозговой активности, использование парадигмы выделения зрительных вызванных потенциалов 17 требует меньшего ментального напряжения от пациента и может быть применено при пониженном когнитивном уровне, характерном для острой фазы инсульта. При этом возможно выделение, распознавание и дальнейшая работа как по отдельности сигнала моторного 18 воображения и сигнала 17 зрительного вызванного потенциала, так и совместное выделение, распознавание и дальнейшая работа с этими сигналами. Также для облегчения тренировки моторного воображения и для облегчения обучения классификатора может применяться кинестетическая тренировка, когда тренируемый объект перемещается роботизированным устройством 4, а пациенту дается задание во время перемещения конечности воображать соответствующую мышечную активность. Таким образом, выделение и распознавание (зарегистрированных) сигналов мозговой активности и интерпретация 13 компьютером 3 путем сопоставления с базой данных способствует повышению эффективности реабилитации.
[00147] После выделения и распознавания зарегистрированных сигналов мозговой активности и интерпретации 13 компьютером 3 путем сопоставления с базой данных происходит передача команды 14 роботизированному устройству для воздействия на тренируемый объект 15, например, для совершения задуманного движения. При этом в качестве роботизированного устройства 4 может использоваться экзоскелет, позволяющий обеспечить оптимальную анатомическую параметризацию. Таким образом, передача команды 14, сформированной на основе интерпретации зарегистрированных сигналов мозговой активности, роботизированному устройству, и последующее воздействие роботизированного устройства на тренируемый объект 15 стимулируют восстановление новых нейронных связей в головном мозге взамен утраченных путем формирования нейронной биологической обратной связи между намерением и движением, тем самым применение в системе роботизированного устройства увеличивает эффективность реабилитации.
[00148] Во время воздействия роботизированного устройства пациент наблюдает в устройстве визуального отображения 1 процесс выполнения задания: происходит передача сигнала 16 на устройство визуального отображения 1 и далее визуальное предоставление 10 на устройстве визуального отображения 1 процесса выполнения задания, в том числе в соответствии с сигналом, поступившим от роботизированного устройства. Таким образом, пациент вовлекается в воображаемый процесс, который заставляет мозг «поверить» в реальность связи между намерением совершить движение и реальным движением тренируемого объекта, т.е. парализованной конечности, что способствует повышению эффективности реабилитации. Кроме того, устройство визуального отображения 1, в том числе реализованное в виде устройства виртуальной реальности, позволяет визуально отобразить выполнение задания «от третьего лица», то есть предъявить пациенту вид на себя «со стороны», либо отобразить виртуальный фантом, «совершающий» заданные движения, в то время как реально тренируемый объект, например, рука, находится в покое. Наблюдение за движущимся фантомом или наблюдение за выполнением задания «от третьего лица» облегчает выполнение ментальной задачи и стимулирует активацию зеркальных нейронов 22 (фиг. 9), облегчающую восстановление нейронных связей, что также повышает эффективность реабилитации.
[00149] Возможна реализация способа нейрореабилитации, в которой команда о воздействии 15 на объект подается от компьютера 3 на роботизированное устройство 4, а после воздействия роботизированного устройства 4 на объект - на устройство визуального отображения 1. При этом передача команды может происходить как напрямую от роботизированного устройства 4 на устройство визуального отображения I, так и через компьютер 3. Такой вариант исполнения необходим, например, когда в роботизированном устройстве 4 используется трекер движения 7, который определяет позицию тренируемого объекта в пространстве. Информация о пространственном положении тренируемого объекта передается на устройство визуального отображения 1 для более точной и реалистичной визуализации выполняемого задания. При этом возможна передача цифрового сигнала от роботизированного устройства 4 на устройство визуального отображения I через компьютер 3 для предварительной его обработки, трансформации и конвертации в нужный формат, воспринимаемый устройством визуального отображения 1.
[00150] Возможна реализация способа нейрореабилитации, в которой воздействие на тренируемый объект роботизированным устройством 4 производят на основании распознанных сигналов мозговой активности, относящейся к здоровому объекту. Такой вариант применим особенно в случае тяжелого поражения двигательной способности в острой фазе инсульта, когда пациенту сложно выполнять контролируемую мозговую активность в отношении тренируемого объекта (пораженнной конечности). То есть, в случае если пациенты испытывают затруднения с выполнением задачи моторного воображения пораженным полушарием мозга, целесообразно выполнение упражнения с использованием обеих рук, когда они имеют возможность периодически выполнять задание для здоровой руки и затем пытаться воспроизводить его парализованной конечностью «по аналогии», что повышает эффективность реабилитации.
[00151] Возможна реализация способа нейрореабилитации (фиг. 7) в которой воздействие роботизированного устройства 4 на тренируемый объект в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности 15 происходит при условии активности мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект, регистрируемой электромиографом, то есть после выделения и распознавания (зарегистрированных) сигналов мозговой активности компьютером и интерпретации 13 путем сопоставления с базой данных, дополнительно происходит регистрация электромиографом активности мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект 19, и при условии напряжения пациентом собственной мускулатуры до определенного уровня, измеряемого электромиографом 6, происходит перемещение тренируемого объекта роботизированным устройством в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности 15. Кроме того, возможна реализация способа, в которой перемещение 15 тренируемого объекта, то есть парализованной конечности, роботизированным устройством 4 в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности происходит при условии регистрируемой электромиографом достаточной активности мышц соответствующего нетренируемого объекта, то есть здоровой конечности, соответствующих приводящим в заданное движение тренируемый объект, т.е. когда напряжение мышц здоровой конечности приводит в движение пораженную конечность. В дальнейшем пациент «по аналогии» пытается вызвать мышечную активность пораженной конечности. Таким образом, регистрация электромиографом активности мышц 19 и перемещение 15 тренируемого объекта роботизированным устройством 4 при условии напряжения пациентом собственной мускулатуры до определенного уровня, измеряемого электромиографом 6, повышает эффективность реабилитации.
[00152] Возможна реализация способа нейрореабилитации (фиг. 8) в которой перемещение 15 тренируемого объекта роботизированным устройством 4 в соответствии с распознанными сигналами мозговой активности сопровождается дополнительно электростимуляцией 21 мышц, приводящих в заданное движение тренируемый объект. Электростимуляция 21 производится с использованием электростимулятора 5. В ответ на выполнение ментальной и/или мышечной задачи происходит комплексная стимуляция моторной системы, заключающаяся в одновременной функциональной электрической стимуляции соответствующих мышц при перемещении 15 тренируемого объекта роботизированным устройством 4 с целью усилить биологическую обратную связь и стимулировать собственную активность мышц и формирование паттернов нейрональной активности, соответствующих выполнению целевых движений. Кроме того, при использовании функциональной электростимуляции нормализуется работа локомоторных центров на всех вертикальных уровнях регуляции двигательной активности, и достигается максимальная перестройка нейродинамики пациента. Таким образом, использование электростимуляции 21 способствует увеличению эффективности реабилитации.
[00153] Возможна реализация способа нейрореабилитации, в котором на устройстве визуального отображения 1 в режиме моментальной обратной связи на основании зарегистрированных сигналов мозговой активности отображают степень выполнения поставленного задания, то есть при выполнении задания пациенту при помощи устройства визуального отображения 1 предоставляется информация о том, насколько правильно он выполняет задание. Информация предоставляется в виде меняющейся шкалы или индикатора, где при качественном и правильном выполнении задания отображается максимальное значение, а если же задание выполняется неверно или недостаточно близко к заданному значению, то происходит уменьшение значения отображаемого на шкале или индикаторе, кроме того моментальная обратная связь для отображения степени выполнения поставленного задания может производиться при помощи звуковых сигналов, например когда в качестве устройства визуального отображения 1 используется шлем виртуальной реальности с встроенными устройствами для прослушивания аудиосигнала. Такая реализация позволяет пациенту определить и понять, насколько правильно и качественно он выполняет задание, стимулируя его тем самым к проявлению ожидаемой мозговой активности и повышая эффективность реабилитации. Кроме того, когда происходит правильное выполнения задания и пациент видит на шкале или индикаторе высокую оценку качества выполняемого задания, это способствует выработке в организме пациента нейромедиаторов, который способствуют восстановлению нейронных связей в мозге.
[00154] Возможна реализация способа нейрореабилитации, в котором задание, регистрация сигналов и команды на выполнение задания разделены на несколько этапов, при этом каждый этап выполнения задания может фиксироваться различным устройством, выполняться разными частями тренируемого объекта, при этом каждый этап отображается на устройстве визуального отображения I самостоятельно. Таким образом, изобретение делает возможным симулировать выполнение сложных многоэтапных движений, подобных выполняемым пациентом в реальной жизни, и таким образом осуществлять комплексную реабилитацию конечности: когда в одном и том же упражнении сразу восстанавливается и более сохранная функция, например, подвижность всей руки в целом - на основе анализа электромиограммы крупных мышц плеча, и менее сохранная - например подвижность кисти на основе анализа электроэнцефалограммы. Примером может служить задание "протянуть руку и взять стакан". Пациент должен сначала напрячь мышцы плеча, чтобы роботизированное устройство переместило всю руку в направлении виртуального стакана, и затем вообразить сокращение мышц предплечья, чтобы роботизированное устройство физически сжало его кисть, помогая "взять" стакан.
[00155] Кроме того, все перечисленные варианты реализации способа нейрореабилитации могут быть объединены, как все вместе (фиг. 10), так и в различных комбинациях и применяться отдельно друг от друга.
[00156] Таким образом, использование заявленного изобретения «система нейрореабилитации» и заявленного изобретения «способ нейрореабилитации» увеличивает эффективность моторной реабилитации после инсульта, в том числе в острой, подострой и хронической фазах, и при других заболеваниях центральной нервной системы за счет стимуляции восстановления подвижности парализованной конечности путем формирования различными способами и их комбинациями нейробиологической обратной связи между намерением пациента совершить движение и его реализацией. Система нейрореабилитации позволяет регистрировать, распознавать и выделять сигналы мозговой активности, выявляя намерение пациента совершить движение тренируемым объектом, помогая ему совершить это движение и погружая в сходную с обычной жизнью атмосферу за счет использования устройства визуального отображения, в том числе устройства виртуальной реальности; при этом возникающая биологическая обратная связь стимулирует нейропластичность процесс в мозге, формирующий обходные нейронные пути взамен утраченных или пораженных в результате заболевания. Дополнительное повышение эффективности реабилитации происходит с использованием электрической миостимуляции и электромиографии.
[00157] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.