Быстрое развитие искусственного интеллекта привело к появлению новых областей исследований в реабилитационной медицине. Виртуальная реальность (ВР) в реабилитации различных двигательных нарушений используется всё чаще. Однако несмотря на растущий энтузиазм использования виртуальной реальности в клинике, некоторые авторы подчёркивают, что чёткое понимание об её эффективности в когнитивной и двигательной реабилитации отсутствует, а механизмы действия ВР на нервную систему не определены.

Изучение контроля равновесия важно для понимания лежащих в его основе механизмов и разработки индивидуальных методов реабилитации. Мы предлагаем тестировать использование систем виртуальной реальности (ВР) в качестве эффективной недорогой альтернативы для изучения контроля баланса. Постуральный контроль является результатом прямого взаимодействия между сенсорной информацией и двигательными действиями. Неспособность адаптироваться к изменениям в динамической зрительной среде в сочетании со зрительной зависимостью предполагает нарушение сенсомоторной интеграции.

Таким образом, исходя из выше сказанного задачами проекта являются:

1. Определить влияние технологий виртуальной реальности на поддержание вертикальной позы человека с различной степенью свободы от внешних сигналов, применяя метод кинетического анализа и стабилометрии.
2. Оценить эффекты действия ВР на состояние корковых и спинальных двигательных центров у человека при использовании транскраниальной магнитной стимуляции и электронейромиографии.
3. Анализ диагностической ценности иммерсивной виртуальной реальности для проведения теста сенсорной организации постуральной устойчивости.
4. Разработать инновационную программу физиотерапии, направленную на поддержание или улучшение индивидуального баланса и когнитивных способностей человека, основанной на технологических решениях виртуальной реальности.

Использование виртуальной реальности является относительно новым и потенциально полезным методом реабилитации после нарушения функций ЦНС и движения. Кроме того, быстро развиваются интерфейсные технологии, технологии дополненной реальности и различные методы сенсомоторной обратной связи. Недавние экспериментальные данные свидетельствуют о том, что корково-спинномозговая возбудимость повышается после условий зрительно-моторного обучения, вызванных ВР или наблюдением за движением, и что технологии ВР обладают большим потенциалом для разработки новых стратегий сенсомоторной тренировки в нейрореабилитации. Проект представляет собой комплексное междисциплинарное исследование, в котором будут использованы методы классической электрофизиологии, стабилометрии, видеоанализа движения, математического моделирования и биомеханики. В предлагаемом проекте мы предполагаем определить дополнительные пути для тренировки и модификации постурального и локомоторного поведения в иммерсивной и мультимодальной виртуальной среде, которые облегчат передачу обучения нейрофизиологическим и мышечно-скелетным механизмам, лежащим в основе функционального двигательного поведения.

Проект получил поддержку в рамках открытого публичного конкурса на получение грантов Российского научного фонда по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс). Финансирование выделяется Российским научным фондом и федеральной территорией «Сириус» на паритетных началах.

Актуальность проекта

За последнее десятилетие были достигнуты некоторые успехи в использовании дополненной реальности и ВР в реабилитации. В целом, системы виртуальной реальности обеспечивают исследователю баланс между гибкостью и контролем исследования, а также позволяют выполнять повторяющиеся упражнения в мотивирующей, увлекательной и естественно подкрепляющей манере, таким образом улучшая проводимую реабилитацию.

Реабилитационные программы ВР, в целом, эффективнее традиционных программ реабилитации для улучшения моторного контроля и поддержания баланса. Выделяют три механизма, которые обеспечивают эти результаты, такие как азарт, физическая и когнитивная вовлечённость. В целом, несмотря на некоторые ограничения, ВР реабилитация (вне зависимости от уровня сенсорного погружения) является действительно перспективным средством реабилитации. На данный момент ВР используется для реабилитации многих болезней, нарушающих двигательную активность, таких как Паркинсон и инсульты.

Реабилитация с использованием ВР признана безопасной и эффективной при лечении головокружения и проблем с балансом после ЧМТ. Однако сопутствующие физические и психологические симптомы, другие неврологические нарушения и проблемы с опорно-двигательным аппаратом, которые могут влиять на течение восстановления функций центральной нервной системы, не изучены. Терапевтические механизмы ВР также остаются неясными. В связи с этим исследование влияние ВР на нервную систему является актуальной проблемой.

Научная и практическая значимость проекта

Контроль равновесия важен для повседневного поведения, такого как ходьба, стояние, социальные взаимодействия, танцы или спорт. Во время этих действий нервная система контролирует центр массы тела, противодействуя внешним возмущениям, таким как гравитация. Возраст и различные патологии, такие как болезнь Паркинсона или инсульт, могут ухудшить контроль равновесия, что приводит к повышенному риску падений и травм. Изучение контроля равновесия важно для понимания лежащих в его основе механизмов и разработки индивидуальных методов реабилитации. Традиционные экспериментальные подходы, используемые для изучения контроля равновесия, особенно механизмов сенсорной интеграции, часто требуют дорогостоящего технического оборудования, такого как движущиеся платформы или наклонные комнаты. Эти объекты недоступны для большинства исследователей и клиницистов. Мы предлагаем тестировать использование систем виртуальной реальности (ВР) в качестве эффективной недорогой альтернативы для изучения контроля баланса. 

Ряд исследований показал, что люди с зависимостью от поля зрения проявляют большую изменчивость постурального влияния вследствие того, что в значительной степени полагаются на визуальные сигналы, в отличие от визуально независимых людей. Постуральный контроль является результатом прямого взаимодействия между сенсорной информацией и двигательными действиями. Неспособность адаптироваться к изменениям в динамической зрительной среде в сочетании со зрительной зависимостью предполагает нарушение сенсомоторной интеграции. Можно ожидать, что люди со зрительной зависимостью будут в большей степени зависеть от визуальной информации в качестве сигналов ориентации, чтобы контролировать и адаптировать свой постуральный контроль к требованиям конкретной задачи.

Выявление этих сенсорных особенностей поможет разрабатывать более целенаправленные реабилитационные стратегии для улучшения баланса посредством обучения сенсорному опыту. Несмотря на несколько исследований модуляции нервной активности при ходьбе в ВР, процесс, посредством которого ВР изменяют нервную активность после вмешательства, неясен.

Несмотря на то, что предполагается, что ВР, или наблюдение за движениями, или представление движений могут обеспечить более эффективные методы улучшения моторики и обучения, чем те, которые используют классические методы реабилитации. Механизмы корково-спинальной возбудимости и активности коры достаточно не изучены.

Ожидаемые результаты

1. Будет разработана и зарегистрирована программа ЭВМ для оценки сегментарной стабилизации при поддержании вертикального положения тела у здоровых испытуемых.
2. Будут выявлены особенности стратегии сегментарной стабилизации в группах поленезависимых и полезависимых условно здоровых испытуемых. Предполагается, что различия будут усиливаться во время просмотра видео в шлеме виртуальной реальности.
3. Будут показаны изменения постуральной устойчивости у условно здоровых испытуемых при предъявлении видеоряда в шлеме виртуальной реальности и видеоряда на экране телевизора.
4. Будут показаны особенности восприятия для полезависимых испытуемых при предъявлении видеоряда в шлеме виртуальной реальности. Предполагается, что полезависимые испытуемые будут демонстрировать более существенное смещение тела в направлении движения предъявляемого образа и демонстрировать иллюзию самодвижения.
5. Будет проведён анализ изменения активности сенсорных входов, особенно зрительных, вестибулярных и проприоцептивных в поддержании вертикального положения тела в виртуальной среде.

Предлагаемый подход настоящего проекта основан на комплексном использовании технологии ВР, сочетании достижений передовых технологий ВР с их практическим применением, внедрением инновационного подхода к функциональной адаптации учебной среды ВР. Предполагается разработка пакета программного обеспечения для виртуальной реальности, предназначенного для устройства VR, включающего тренировочные эффекты специально структурированной физиотерапевтической программы реабилитации.

Программа, основанная на широко применяемых и признанных традиционных методах реабилитации, состоящих из упражнений из четырёх основных компонентов, которые в совокупности обеспечивают эффективную индивидуальную функциональность, а именно статического баланса, когнитивных способностей, функциональной активности и аэробных возможностей. Мы предполагаем, что использование виртуальной реальности может помочь превратить программу физиотерапии в инновационный, психологически увлекательный и стимулирующий опыт для людей различных групп.

Другие проекты