Ученые ЛЭТИ создали шлем для диагностики и коррекции когнитивных нарушений
В основе системы – уникальная комбинация устройств для электроэнцефалографии, электростимуляции и фотобиомодуляции, которая позволяет выявлять когнитивные нарушения и проводить их коррекцию.
Когнитивные нарушения представляют собой различные проблемы с мышлением, памятью и восприимчивостью, которые могут значительно влиять на повседневную жизнь. Когнитивные нарушения наблюдаются как у пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, деменция, синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), так и у здоровых людей, например, вследствие усталости или недосыпа, что приводит к трудностям с запоминанием, концентрацией и т.п. Когнитивные нарушения негативно сказываются на здоровье и качестве жизни человека.
Среди наиболее распространенных нарушений также можно выделить посттравматические стрессовые расстройства (ПТСР). Часто они сопровождаются нарушениями поведения: внезапными вспышками гнева, депрессией, тревогой, провалами в памяти, шумом в ушах, головными болями, негативно влияя на качество жизни человека.
В последнее время различные формы когнитивных нарушений, таких как тревожные расстройства, посттравматическое стрессовое расстройство и депрессивные расстройства встречаются у 15–20%.
Существующие терапевтические стратегии для управления этими состояниями опираются на фармакологию (антидепрессанты) и психотерапию (преимущественно когнитивно-поведенческую терапию). Однако более трети пациентов с тревожными расстройствами не реагируют на эти традиционные методы лечения. В результате эффективное лечение патологической тревожности остается актуальной проблемой общества.
Сегодня диагностика различных когнитивных нарушений проводится с помощью специальных электроэнцефалографических (ЭЭГ) систем, а для их терапии применяются устройства и способы неинвазивного воздействия на ткани и структуры головного мозга человека, называемые нейромодуляцией. Ученые СПбГЭТУ «ЛЭТИ» ведут исследования, направленные на повышение эффективности аппаратуры и подходов к нейромодуляции.
«Мы разработали специальный беспроводной шлем для экспресс-диагностики и коррекции различных когнитивных нарушений. Нами также разработано программное обеспечение для управления шлемом с персонального компьютера и методики проведения скрининга и терапии. В отличие от существующих аналогов этот комплекс объединяет сразу три ключевых функции: диагностику когнитивных нарушений, электростимуляцию и фотобиомодуляцию головного мозга», – рассказала профессор, и.о. заведующего кафедрой вычислительной техники (ВТ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Юлия Александровна Шичкина.
Корпус шлема выполнен из пластика, детали которого напечатаны на 3D-принтере в «Центре прототипирования продуктов на базе гибридного интеллекта в физиологии и медицине» в СПбГЭТУ «ЛЭТИ». На его поверхности расположены разъемы для подключения различных устройств. Так, для проведения стандартной процедуры скрининга мозговой активности с помощью ЭЭГ используется мобильный беспроводной энцефалограф с сухими электродами. При этом разработанная в ЛЭТИ методика диагностики на основе ЭЭГ позволила в четыре раза снизить количество сухих электродов.
Второе устройство, подключаемое к шлему, – блок электростимуляции с соответствующими электродами. Они обеспечивают воздействие на определенные участки головного мозга, что позволяет улучшить показатели различных когнитивных функций, например, внимание, память и т.д. Третий модуль – аппаратные средства для проведения фотобиомодуляции: светоизлучающие диоды и блок управления. Фотобиомодуляция излучением определенной мощности и длины волны также является инструментом для терапии когнитивных нарушений.
Конструкция шлема позволяет настроить все электроды и светодиоды под индивидуальные особенности головы пациента. В зависимости от задач по проведению скрининга или терапии определенного нарушения расположение электродов и светодиодов может быть легко изменено. Применение шлема было успешно отработано в ходе ряда экспериментов на добровольцах. В целом, функционал аппарата позволит проводить мониторинг и терапию восьми широко распространенных нарушений. Список целевых патологических подвергающихся коррекции состояний для выбора основных режимов работы устройства включает: депрессивное расстройство, тревожное расстройство, ПТСР, когнитивные нарушения (стимуляция памяти и внимания), абстинентный синдром.
Шлем снабжен аккумулятором, который позволяет ему функционировать в автономном режиме. Управление системой выполняется с помощью специальной программы. Шлем связывается с компьютером по интерфейсам Bluetooth и Wi-Fi. Ученые ЛЭТИ также планируют создать мобильную версию ПО.
«В результате комбинации всех трех функций, шлем позволяет восстанавливать когнитивные функции за 10 сеансов, и в перспективе этот срок может быть сокращен до трех. Эффект восстановления уже наблюдается после первого сеанса, но является кратковременным. В будущем после завершения всех испытаний, мы надеемся, что подобные комплексы будут доступны медицинским организациям», – подчеркнула профессор, и.о. заведующего кафедрой ВТ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Юлия Александровна Шичкина.
Команда разработчиков подала две заявки на выдачу патента на изобретение: одна представляет подход к диагностике, а вторая – способ коррекции когнитивных нарушений.
Разработка выполнена в рамках Научного центра мирового уровня (НЦМУ) Павловский центр «Интегративная физиология – медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям стрессоустойчивости», который был создан в 2020 году по нацпроекту «Наука и университеты». В состав НЦМУ входят СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и три учреждения РАН – Институт физиологии им. И.П. Павлова, Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова и Институт медико-биологических проблем.