«Перенесшие инсульт пациенты зачастую сталкиваются с необходимостью проходить программу реабилитации, чтобы заново связать намерение мозга пошевелить конечностью и соответствующую мышечную активность; иногда это актуально и при обездвиживании вследствие травмы, - сказал первый автор работы, стажер-исследователь «Сколтеха» Иван Ниненко. - Созданный нашим коллективом тренажер впервые совмещает следующие элементы: VR-шлем, который поддерживает иллюзию свободной конечности и демонстрирует пациенту виртуальную цель, к которой нужно совершить движение; нейроинтерфейс, который регистрирует намерение пациента; робот, который реализует движение ноги по естественной траектории; и, наконец, электростимуляция спинного мозга через кожу, которая, грубо говоря, усиливает поступающий от головного мозга сигнал».
Нейроинтерфейс в составе тренажера - стандартное устройство, представляющее собой шапочку с электродами, которые регистрируют электрическую активность мозга. А вот программное обеспечение специально доработано исследователями и заточено именно на то, чтобы распознавать намерение совершить движение.
Перемещающий конечность робот - промышленный манипулятор производства KUKA с высокоточными датчиками крутящего момента. Он перемещает ногу пациента в направлении цели в виртуальной реальности, на которой тот сосредотачивается. Написанное командой программное обеспечение позволяет роботу воспроизводить естественные телодвижения, простраивая траекторию, характерную для конечностей здорового человека.
В очках виртуальной реальности видно несколько целей, в направлении одной из которых пациент совершает движение ногой. Он сосредотачивается на движении, и намерение считывается интерфейсом «мозг - компьютер» по нейронной активности, а робот выполняет движение, но в виртуальной реальности пользователь видит лишь движущуюся ногу, без манипулятора. Для мозга движение выглядит, как будто он его вызвал и контролировал, и это помогает восстановить разорванную связь.
Наконец, последний элемент системы - неинвазивная электростимуляция спинного мозга поверхностными электродами, прилепленными к спине в области позвоночника. Дело в том, что нейроны могут получать от мозга так называемый подпороговый сигнал, которого не хватает для активации. А внешняя стимуляция позволяет преодолеть этот барьер и в конечном итоге сформировать надежные нейронные связи, которые смогут функционировать без искусственной поддержки.
Александр Грицай, Forecast NOW: Как сделать продукт для управления запасами лучше, чем у многомиллиардных ИТ-корпораций?«По данным Международной федерации робототехники, в 2021 г. продажи медицинских роботов выросли на 23% и в мире было продано 14 823 медицинских робота, в основном хирургических и реабилитационных. Наша работа - важный шаг к тому, чтобы понять потребности пациентов в отношении ключевых функциональностей. В перспективе мы можем в сотрудничестве с больницами разработать реабилитационные роботы для российского рынка с целью повышения качества жизни инвалидов в нашей стране», - сказал соавтор исследования, доцент «Сколтеха» Дмитрий Тетерюков, который возглавляет в институте Лабораторию интеллектуальной космической робототехники и имеет опыт разработки реабилитационных роботов и VR-систем для обучения медперсонала в Японии.
«Предстоит еще много работы, прежде чем метод можно будет использовать в клинической практике. У нас в планах строгая проверка эффективности системы и добавление элементов геймификации - надеемся, пациенты их оценят и найдут полезными», - отметил Иван Ниненко.
«Сколтех» - негосударственный международный университет, который готовит специалистов в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим. «Сколтех» развивает шесть приоритетов: искусственный интеллект и коммуникации, науки о жизни и здоровье, прорывная инженерия и передовые материалы, энергоэффективность и ESG, фотоника, перспективные исследования.