Study of the effectiveness of training using the “NeuroChat” brain–computer interface at a later age

Full Text

АКТУАЛЬНОСТЬ

В начале XXI в. был отмечен резкий рост открытий и изобретений в области фундаментальных и прикладных аспектов нейронаук. Значительные успехи достигнуты в создании и использовании нейротехнологий. Подобные изобретения уже проникли в различные сферы человеческой жизни, исключением не стала и сфера здравоохранения [1]. Особое место в сфере медицины занимают изучение и использование интерфейса мозг–компьютер (ИМК), который представляет собой нейрокоммуникационный комплекс «НейроЧат», снабженный гарнитурой, регистрирующей ЭЭГ. Во многих странах были проведены исследования, способствующие появлению прототипов различных нейроинтерфейсов для использования в медицинских учреждениях, основной целью которых является помощь пациентам с различными нарушениями когнитивных функций и двигательной сферы [2, 3].

К российским нейроинтерфейсам следует отнести нейрокоммуникационный комплекс «НейроЧат», который позволяет коммуницировать и управлять некоторыми программами без использования движений [4]. «НейроЧат» показывает себя как средство, которое не только дает пациентам возможность реализовать многие из утраченных возможностей, но и помогает специалистам медицинских специальностей решить различные терапевтические проблемы, с которыми другие ИМК не справлялись [5]. Терапевтический эффект ИМК достигается благодаря постепенной модуляции реакций мозга пациента на кратковременную подсветку отдельных букв русского алфавита на экране компьютера и быстром, в течение нескольких секунд, обнаружении в этих реакциях признака заинтересованности пациента в выборе конкретной буквы. Признаком этой модуляции является позитивный компонент вызванных потенциалов Р300, который появляется через 300 мс от начала подсветки соответствующей буквы. Анализ литературы показывает, что появление когнитивного вызванного потенциала Р300 отражает работу распределенной нейрональной сети и непосредственно связано с реализацией управляющих функций мозга, таких как рабочая память и разные типы внимания [6].

Говоря о сфере применения нейроинтерфейсов, в том числе ИМК «НейроЧат», следует определить место когнитивных нарушений в современном обществе.

Развитие и совершенствование здравоохранения приводят к снижению смертности и росту продолжительности жизни, однако, в свою очередь, это приводит к увеличению заболеваний, свойственных позднему возрасту. За последние годы продолжительность жизни в Российской Федерации увеличилась. Национальный исторический максимум был достигнут в 2017 г. и составил 72,7 года, в этом же году был отмечен самый низкий уровень смертности за последние 20 лет [7]. Российское здравоохранение ставит целью к 2030 г. увеличить продолжительность жизни до 80 лет [7]. В 2019 г. в мире насчитывалось 37 стран, где средняя продолжительность жизни превышала этот возраст [8]. Когнитивные нарушения, в свою очередь, выступают одним из наиболее распространенных расстройств в позднем возрасте. На 2019 г. в мире насчитывалось около 57 млн лиц, имеющих выраженные нарушения когнитивных функций. Принимая во внимание тенденцию к увеличению продолжительности жизни, предполагается, что число больных с когнитивными нарушениями в ближайшие десятилетия будет расти и, по прогнозам, к 2050 г. составит 152,8 млн человек [9]. Результаты проведенных исследований подтверждают высокую распространенность когнитивных нарушений у людей позднего возраста, посещающих поликлиники. Так, исследование 2022 г. показало, что когнитивные нарушения имеют 7,8 % пожилых пациентов и 69 % долгожителей [9].

Возвращаясь к использованию ИМК в медицинской сфере, следует отметить, что подобные интерфейсы используются не только в диагностике, коррекции психиатрических расстройств и создании технологий нейропротезирования, но и в нейрореабилитации, при восстановлении когнитивных функций у больных с очаговыми поражениями головного мозга, а также для борьбы со снижением когнитивных функций у людей пожилого возраста. Исследования показывают, что у пациентов, ежедневно работающих с системой «НейроЧат», уже на 10-й день увеличивались показатели скорости, точности и количества вводимого теста. Нейропсихологическая диагностика выявила высокую связь данных показателей с показателями памяти и внимания. При исследовании слухоречевой памяти после тренинга с использованием ИМК на волне Р300 отмечен достоверный рост объема памяти. Эти данные показывают актуальность использования ИМК «НейроЧат» для борьбы со снижением когнитивных функций у людей позднего возраста [10]. Кроме того, возможно его применение с целью улучшения памяти и внимания у здоровых лиц пожилого возраста [10].

Таким образом, развитие и модификация подобных технологий могут способствовать повышению качества и эффективности помощи пациентам с когнитивными нарушениями. Из этого следует высокая актуальность исследований ИМК «НейроЧат» и его влияния на когнитивную сферу.

Цель данного исследования — изучение специфики влияния ИМК «НейроЧат» на когнитивные показатели людей позднего возраста. Для этого было проведено исследование, включающее нейротренинг с использованием ИМК «НейроЧат», которому предшествовала оценка различных показателей когнитивной сферы набором диагностических проб. По завершении работы с ИМК аналогичный набор проб использовался для контрольного измерения выбранных показателей с целью последующего сравнения их с исходными. Также фиксировалась зависимость эффективности применения ИМК от количества проведенных сеансов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В исследовании участвовал 41 пациент (6 мужчин и 35 женщин) в возрасте от 55 до 89 лет. Из 25 человек, получивших нейротренинг, 11 прошли 1 сеанс, 10 человек — 2 сеанса, 4 — 3 сеанса.

Критерии включения: лица пожилого и старческого возраста, давшие согласие на участие в исследовании. Критерии невключения: повышенная судорожная активность, склонность к быстрому психическому утомлению, склонность к резким скачкам артериального давления и внезапным головным болям.

Отбор пациентов происходил на основании назначений лечащего врача, который предполагал целесообразность проведения данного нейротренинга, а также гарантировал отсутствие медицинских противопоказаний.

Среди методов исследования были выбран набор диагностических проб, а также эксперимент в виде нейротренинга с использованием ИМК «НейроЧат».

Методы диагностики динамических изменений: Монреальская шкала оценки когнитивного функционирования (MoCA), проба Бурдона (корректурная проба), методика исследования слухоречевой памяти «10 слов», исследование зрительной памяти, исследование мышления «4-й лишний» (использовалось 4 субтеста), Госпитальная шкала оценки тревоги и депрессии (HADS).

ДИЗАЙН ИССЛЕДОВАНИЯ

В период с февраля 2021-го по январь 2022 г. на базе Российского геронтологического научно-клинического центра Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.И. Пирогова проводилось исследование с применением прибора «НейроЧат».

На первом его этапе пациентам предлагали принять участие в исследовании, объясняли ход тренинга и отвечали на интересующие их вопросы.

Затем пациентам, согласившимся принять участие в исследовании, предлагали форму информированного согласия и предоставляли время, необходимое для ознакомления с ней. После чего пациенты подписывали и датировали 2 документа, один из которых оставался у них, а другой — в центре.

Путем рандомизации пациентов распределили по 2 группам — исследуемую и контрольную.

В обеих группах было проведено вводное тестирование с целью фиксация изначального уровня. Далее пациентам исследуемой группы был предложен нейротренинг с применением ИМК «НейроЧат». Участникам контрольной группы нейротренинг не проводили. На третьем этапе в обеих группах был проведен контрольный диагностический замер с применением тех же проб, что и в начале исследования.

Количество сеансов нейротренинга варьировалось от 1 до 3 (что обусловлено длительностью госпитализации и рядом организационных моментов).

Продолжительность одного сеанса тренинга составляла от 30 до 45 мин.

В работе использовались дисперсионный анализ, критерий Краскелла–Уоллиса, t-критерий Стьюдента, U-критерий Манна–Уитни, T-критерий Вилкоксона.

ГИПОТЕЗЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В выборке обследуемых, прошедших нейротренинг с применением ИМК «НейроЧат», достоверно выше будут показатели по параметрам когнитивных функций.

В выборке обследуемых, прошедших нейротренинг с применением ИМК «НейроЧат», будет отмечаться снижение показателей по параметрам «тревога» и «депрессия».

Степень эффективности нейротренинга напрямую коррелирует с количеством проводимых сеансов.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Достоверно значимые изменения были обнаружены между группами в пробе на исследование памяти «10 слов». Также можно отметить улучшение показателя когнитивного функционирования в целом (скрининговая проба MoCA), однако данный показатель достоверно улучшился и в контрольной группе (таблица).

 

Таблица. Показатели сравнения контрольной и экспериментальной групп

Группа	Критерий для сравнения	Среднее	Стандартное отклонение	Р (Тест Вилкоксона)
Исследуемая	MoCA до	24,76	2,92
	MoCA после	26,16	2,49	0, 005788
Контрольная	MoCA до	23,13	3,63
	MoCA после	24,75	3,96	0,006420
Исследуемая	HADS депрессия до	5,4	3,72
	HADS депрессия после	4,72	2,97	0,140310
Контрольная	HADS депрессия до	6,63	3,16
	HADS депрессия после	6,13	3,10	0,154861
Исследуемая	HADS тревога до	7,36	3,97
	HADS тревога после	6,48	3,7	0,129819
Контрольная	HADS тревога до	7,94	4,04
	HADS тревога после	7,31	4,05	0,202623
Исследуемая	Тест Бурбона до	47,96	16,01
	Тест Бурбона после	47,12	12,98	0,861707
Контрольная	Тест Бурбона до	42,06	10,43
	Тест Бурбона после	42,56	12,12	0,600180
Исследуемая	Исключение предмета до	3,56	0,71
	Исключение предмета после	3,64	0,64	0,361311
Контрольная	Исключение предмета до	3,38	0,72
	Исключение предмета после	3,63	0,50	0,207579
Исследуемая	Зрительная память до	3,4	1,41
	Зрительная память после	3,52	1,85	0,570061
Контрольная	Зрительная память до	3,13	1,50
	Зрительная память после	3,44	0,81	0,386271
Исследуемая	«10 слов» до	6,8	0,76
	«10 слов» после	7,64	1,08	0,009563
Контрольная	«10 слов» до	6,13	1,50
	«10 слов» после	6,5	1,15	0,213525
Исследуемая	«10 слов» в ретенции до	8,54	1,1
	«10 слов» в ретенции после	8,96	0,81	0,028057
Контрольная	«10 слов» в ретенции до	6,81	2,46
	«10 слов» в ретенции после	6,81	2,51	0,916512

 

При динамической оценке по шкале HADS не было отмечено различий как в исследуемой, так и в контрольной группе.

При проверке корреляции между количеством проведенных сеансов и их эффективностью значимых различий обнаружено не было. Значимые различия отсутствовали по всем измеряемым показателям.

ВЫВОДЫ

На основании проведенного исследования были сделаны следующие выводы. Применение ИМК «НейроЧат» с целью тренинга достоверно улучшает показатели слухоречевой памяти (как непосредственной, так и отсроченной) по сравнению с контрольной группой.

Когнитивное функционирование в целом также показывает достоверные положительные изменения, однако подобные изменения наблюдаются и у контрольной группы. Таким образом, роль тренинга с использованием ИМК «НейроЧат» в повышении остальных параметров когнитивной сферы требует дальнейшего изучения.

В психоэмоциональной сфере испытуемых значимых изменений обнаружено не было, что свидетельствует о преимущественном влиянии технологии ИМК «НейроЧат» на когнитивную сферу.

Не было обнаружено достоверно значимых различий ни по одному показателю в зависимости от количества проведенных сеансов. Данные результаты могут свидетельствовать о необходимости изменения схемы исследования путем проведения большего количества сеансов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, можно заключить, что цель исследования была достигнута. Эксперимент в виде нейротренинга с предшествующим и последующим измерением выбранных характеристик был проведен. Гипотеза о положительном влиянии ИМК «НейроЧат» на когнитивные функции была подтверждена. Гипотезы о влиянии на психоэмоциональную сферу и связи эффективности применения ИМК «НейроЧат» с количеством сеансов были отвергнуты. Полученные данные свидетельствуют о перспективности применения различных ИМК для повышения эффективности терапии когнитивных нарушений, а также улучшении памяти и внимания у здоровых лиц пожилого возраста.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Финансирование данного исследования не проводилось.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов.

Этическая экспертиза. Проведение исследования одобрено локальным этическим комитетом Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.И. Пирогова.

Вклад авторов. И.А. Захарова — сбор эмпирического материала; И.В. Карунин — подготовка и оформление статьи; Н.В. Шарашкина, Н.К. Рунихина — согласование и организация проведения эксперимента; С.Н. Лысенков — статистическая обработка данных.

About the authors

Irina A. Zakharova

N.I. Pirogov Russian National Research Medical University; Russian Gerontological Research and Clinical Center

Author for correspondence.
Email: anwiw@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2299-1952
SPIN-code: 5751-4202

Senior Lecturer of the General Psychology and Developmental Psychology of the Faculty of Clinical Psychology and Social Work Department; Medical psychologist

Russian Federation, Moscow; Moscow

Ilya V. Karunin

N.I. Pirogov Russian National Research Medical University

Email: lucis.exquesitor@mail.ru
SPIN-code: 4264-3702

laboratory assistant of the General Psychology and Developmental Psychology of the Faculty of Clinical Psychology and Social Work Department

Russian Federation, Moscow

Natalya V. Sharashkina

Russian Gerontological Research and Clinical Center

Email: sharashkina@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0002-6465-4842
SPIN-code: 7695-0360
Scopus Author ID: 8312659600

M.D., Ph.D. (Medicine), the Head of General Geriatric Laboratory

Russian Federation, Moscow

Nadezhda K. Runikhina

Russian Gerontological Research and Clinical Center

Email: nkrunihina@rgnkc.ru
ORCID iD: 0000-0001-5272-0454
SPIN-code: 7127-1801

M.D., D.Sc. (Medicine), Geriatrics Deputy Director

Russian Federation, Moscow

Sergey N. Lysenkov

Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

Email: s_lysenkov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5791-7712
SPIN-code: 2296-4916

Ph. D. (Biology), Senior Researcher in the Department of Biological Evolution

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files