Группа исследователей из Сколтеха, Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА России, МГУ имени М.В. Ломоносова и других ведущих организаций представила набор данных, который позволит глубже изучить процесс восстановления мозга после инсульта. Работа, опубликованная в журнале Scientific Data (издательство Nature), впервые в мире объединяет длительные записи активности мозга, полученные с помощью двух передовых методов — электроэнцефалографии (ЭЭГ) и функциональной ближней инфракрасной спектроскопии (fNIRS). Данные находятся в открытом доступе — это позволит учёным по всему миру ускорить разработку персонализированных методов реабилитации и нейроинтерфейсов.
Инсульт остаётся одной из главных причин инвалидности в мире — и больше всего качество жизни пациентов страдает из-за двигательных нарушений. Чтобы сделать реабилитацию эффективнее, необходимо понимать, как именно мозг восстанавливает контроль над движениями. Поскольку инсульт — это в первую очередь сбой в кровоснабжении мозга, ключевую роль здесь играют методы, позволяющие оценить мозговой кровоток.
Один из таких методов — функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (fNIRS). Это неинвазивная технология: датчики на голове испускают инфракрасный свет длиной волны 760-850 нм, который проникает в кору на глубину до 4 сантиметров. По тому, как свет поглощается тканями, можно рассчитать концентрацию гемоглобина — как насыщенного кислородом, так и обеднённого. В отличие от функциональной МРТ, fNIRS-оборудование портативно, просто в использовании и стоит значительно дешевле. Это позволяет проводить длительные наблюдения за пациентами прямо во время реабилитации, а не периодически.
Электроэнцефалография (ЭЭГ) используется для прогноза и реабилитации после инсульта, однако до сих пор плохо изучено, как именно меняются сенсомоторные ритмы и корковые потенциалы в тот момент, когда пациент пытается пошевелить рукой. Это ограничивает использование таких сигналов в клинике и при разработке нейроинтерфейсов — систем «мозг-компьютер», которые могли бы помочь в реабилитации.
«Мы объединили ЭЭГ и fNIRS, чтобы получить более полную картину. ЭЭГ фиксирует быструю электрическую активность нейронов, а fNIRS показывает, как на это реагируют сосуды: куда приливает кровь, где мозг потребляет больше кислорода. Это медленный, но не менее важный процесс. Вместе два метода дают более полноценное представление о том, как восстанавливается мозг и позволяет изучать нейроваскулярное сопряжение — то, как именно активность нейронов связана с притоком крови», — прокомментировала первый автор работы Александра Медведева, младший научный сотрудник Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Сколтеха.
В исследовании приняли участие 16 пациентов с гемипарезом — частичным ослаблением или нарушением работы мышц одной половины тела — в возрасте от 42 лет до 71 года, за которыми наблюдали на протяжении 84 реабилитационных сессий в Федеральном центре мозга и нейротехнологий. Все данные — включая сигналы fNIRS и ЭЭГ, клинические оценки (шкалы Фугл-Мейера, ARAT) и демографические показатели — выложены в открытый доступ на платформе Figshare. Это позволит учёным по всему миру начать их анализ, не дожидаясь сбора собственных данных.
«Наш набор данных имеет практическую ценность в нескольких ключевых направлениях. Например, можно проанализировать, как именно меняется активность мозга по мере того, как пациент учится заново двигать рукой. В статье приводится пример пациента, у которого при движении парализованной рукой сначала активировалось повреждённое полушарие мозга, а затем, спустя несколько секунд, — здоровое полушарие. Понимание таких паттернов позволит врачам предсказывать, насколько эффективно пойдёт реабилитация у конкретного человека, и корректировать программу занятий», — добавил соавтор работы Лев Яковлев, старший научный сотрудник Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Сколтеха.
Также благодаря комбинации двух методов можно увидеть, перестраивается ли работа здорового полушария, чтобы помогать больному, и как этот процесс соотносится с прогрессом в восстановлении сенсомоторных навыков. Это знание необходимо для того, чтобы научиться корректировать терапию и избегать закрепления неправильных компенсаторных движений.
