CC BY
17Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского Социология. Педагогика. Психология. Том 8 (74). 2022. № 2. С. 156-164.
УДК 159.9.078
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ПСИХОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ У ДЕТЕЙ
С ДЦП ПРИ РЕАБИЛИТАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСА ЭКЗОСКЕЛЕТА КИСТИ С ВНЕШНИМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ «ЮНИОР»
Дягилева Ю. О. *, Павленко В. Б., Ларина Н. В., Корсунская Л. Л.
ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», Симферополь, Республика Крым, Россия
E-mail: yulia. dyagileva@gmaiL com *
В статье приведены результаты оценки эффективности применения комплекса экзоскелета кисти с внешним программным управлением и биологической обратной связью, предназначенным для процедуры реабилитации детей с синдромом ДЦП (экзоскелет «ЮНИОР»). Данный комплекс обеспечивает пассивное раскрытие кисти правой или левой рук человека на основании команд от интерфейса мозг-компьютер. Пациента просят вообразить движение раскрытия кисти при предъявлении ему соответствующей команды. Работа интерфейса мозг-компьютер основана на анализе изменений паттерна ЭЭГ, возникающих при воображении движений. Комплекс обеспечивает предоставление пациенту визуальной, проприоцептивной и тактильной обратной связи при воображении раскрытия кисти. Показано, что курс реабилитации, состоящий из десяти сеансов работы с экзоскелетом «Юниор» приводит к улучшению моторных навыков, показателей внимания и эмоционального состояния ребенка.
Ключевые слова: ДЦП, интерфейс мозг-компьютер, экзоскелет «Юниор», моторные навыки, произвольное внимание, эмоциональное состояние.
ВВЕДЕНИЕ
На сегодняшний день заболевание детский церебральный паралич (ДЦП) остается одной из главных причин детской инвалидности в Российской Федерации [1, 2]. Статистика выглядит по-прежнему не утешительной. По данным Министерства здравоохранения РФ на одну тысячу новорожденных детей заболевание ДЦП встречается в среднем у 2,0-3,6 детей. [3]. Известно, что этиология этого заболевания связана с факторами, которые влияют на повреждение или аномалии развития головного мозга в антенатальном, интранатальном или неонатальном периоде [4-6]. Прежде всего у детей с ДЦП отмечаются нарушения моторных функций, связанных с неправильным развитием статокинетических рефлексов, патологией тонуса, парезами. В тоже время нередко сопутствующими симптомами могут быть когнитивные и эмоциональные нарушения [7]. Степень выраженности таких нарушения может быть крайне различной, от легких эмоциональных нарушений до тяжелой умственной отсталости, эпилепсии и неспособности к обучению [8]. Из-за широкого разнообразия клинических проявлений ДЦП разработаны многочисленные медикаментозные, клинические и физиотерапевтические методы лечения и реабилитации для таких детей. В тоже время не всегда такие методы являются эффективными [9].
156
С развитием реабилитационных нейротехнологий, основанных на применении интерфейсов мозг-компьютер (ИМК) и биологической обратной связи (БОС) в реабилитации детей с ДЦП, появляется возможность активизировать природные, физиологические возможности головного мозга больного ребенка. Такая реабилитация практически не имеет противопоказаний, а побочные эффекты сведены к минимуму. Учитывая потенциально высокую способность коры головного мозга ребенка к спонтанной или индуцированной реорганизации нейрональных сетей, частичное восстановление нарушенных функций при ДЦП является хотя и весьма сложной, но выполнимой задачей [10, 11].
Целью статьи являлась оценка эффективности применения комплекса экзоскелета кисти с внешним программным управлением и биологической обратной связью, предназначенным для процедуры реабилитации детей с синдромом ДЦП (экзоскелет «ЮНИОР»). Данный комплекс обеспечивает пассивное раскрытие кисти правой или левой рук человека на основании команд от интерфейса мозг-компьютер (ИМК). Пациента просят вообразить движение раскрытия кисти при предъявлении ему соответствующей команды. Работа ИМК основана на анализе изменений паттерна ЭЭГ, возникающих при воображении движений. Для этого применяется классификатор, контролирующий ковариационные матрицы сигналов ЭЭГ. Комплекс обеспечивает предоставление пациенту визуальной, проприоцептивной и тактильной обратной связи при воображении раскрытия кисти. Таким образом, пациент в режиме реального времени узнает, насколько успешно была выполнена задача на воображение движения. Визуальная обратная связь представлена цветными сигналами на компьютерном мониторе пациента. Проприоцептивная и тактильная обратная связь обеспечивается движением расслабленной кисти человека на раскрытие кисти экзоскелета в ответ на команды, посылаемые комплексом со специализированным программным обеспечением.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании приняло участие 20 детей с диагнозом ДЦП (11 мальчиков и 9 девочек) в возрасте от 8 до 15 лет, средний возраст составил 11,1 ± 2,7 лет, из них 2 ребенка левши. Каждый ребенок проходил курс из 10-ти сеансов реабилитации с использованием экзоскелета «Юниор» (рис. 1).
Рис. 1. Сеанс реабилитации с использованием комплекса экзоскелета кисти
«Юниор».
157
До и после реабилитации с использованием экзоскелета «Юниор» каждый ребенок проходил комплексное психологическое тестирование, включающее в себя следующие тестовые методики: Таблицы Шульте, тест Люшера, тест Дембо-Рубинштейн, методику Расстановка чисел, САН (самочувствие, активность, настроение), оценку средней времени реакции (СВР) в пробах на простую и сложную зрительно-моторную реакцию, оценку моторных навыков и выраженности спастичностти с помощью шкал Френчай, Тардье, MACS, Abilhand-kids. Так же оценивали динамику успешности каждого тренинга по отдельности от первого до десятого сеанса с помощью автоматизированных программных алгоритмов, учитывающих динамику десинхронизации мю-ритма ЭЭГ при представлении ребенком движения разгибания кисти.
Статистический анализ проводился с использованием критерия Вилкоксона. Статистически значимыми считались различия при р < 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Анализ полученных данных до и после курса роботизированной терапии с использованием экзоскелета «Юниор» позволил выявить статистически значимые изменения следующих психологических показателей.
По методике «Таблицы Шульте», предназначенной для оценки устойчивости внимания и работоспособности, статистически значимые достоверные изменения были выявлены для показателя «Эффективность работы». Данный показатель рассчитывается как среднее время, затраченное на заполнение таблицы, и выражается в баллах. Так, до начала тренингов этот показатель в группе лечения «Юниор» составлял в среднем 140,5±74,60 балла, а после тренингов данный показатель составил 127,2±64,41 балла (z=3,50, p = 0,0005). Таким образом, полученные результаты свидетельствуют об увеличении эффективности работы, связанной с вниманием (таблица 1). Так же, нами было выявлено статистически достоверное улучшение показателей произвольного внимания, определенного по методике «Расстановка чисел» после курса реабилитации в группе «Юниор». До тренингов показатель произвольного внимания составлял в среднем 9,20±3,42 балла, после - 11,38±3,68 (z=3,06, p = 0,002) (табл. 1).
Таблица 1
Изменение показателей методики «Таблицы Шульте» и «Расстановка чисел» в баллах до и после тренингов с применением экзоскелета «Юниор»
Показатель До После
Эффективность работы 140,5±74,60 127,2±64,41*
Степень врабатываемости 0,92±0,18 0,96±0,19
Психическая устойчивость 0,95±0,17 0,96±0,17
Произвольное внимание 9,20±3,42 11,38±3,68*
*- различия между показателями до и после статистически значимы.
158
В тоже время анализ эмоционального состояния ребенка, определенный с помощью проективной методики тест Люшера не выявил статистически значимых изменений эмоционального состояния после курса реабилитации в группе лечения «Юниор». Средние данные по методике Люшера до и после курса реабилитации представлены в табл. 2.
Таблица 2
Изменение показателей методики «Тест Люшера» в баллах до и после тренингов с применением экзоскелета «Юниор»
Показатель До После
Тревожность 7,10±2,28 6,62±2,85
Психическое утомление 6,31±1,69 7,0±2,54
Психическое напряжение 5,23±1,68 5,46±2,05
Эмоциональный стресс 7,8±2,67 7±2,51
Показатель работоспособности 10,03±2,92 10,57±3,01
В тоже время, были выявлены статистически значимые изменения показателей самооценки (методика Дембо-Рубинштейн) и САН (самочувствие, активность, настроение) после курса реабилитации в группе «Юниор». После курса реабилитации происходило улучшение указанных показателей. Так, показатель самооценка до реабилитации составлял 77,26±16,38 балла, а после уже 84,76±11,85 балла (2=3,60, р = 0,0003) (табл. 3).
Таблица 3
Изменение показателей методики «Дембо-Рубинштейн» в баллах до и после тренингов с применением экзоскелета «Юниор»
Показатель До После
Самооценка 77,26±16,38 84,76±11,85*
Уровень притязаний 95,18±6,97 95,98±5,61
*- различия между показателями до и после статистически достоверны.
Также значимых изменений достигали показатели самочувствие и активность теста САН. Самочувствие до тренингов составляло 53,25±7,74 балла, после 58,40±6,27 балла (2=3,17, р = 0,002), активность - 50,93±6,66 балла и 57,64±7,23 балла, соответственно (2=3,81, р = 0,0001) (табл. 4).
Таблица 4
Изменение показателей методики «САН» в баллах до и после тренингов с применением экзоскелета «Юниор»
Показатель До После
Самочувствие 53,25±7,74 58,40±6,27*
Активность 50,93±6,66 57,64±7,23*
Настроение 58,51±6,70 61,28±6,87
*- различия между показателями до и после статистически достоверны.
159
Анализ психофизиологических показателей, таких как среднее время реакции в пробах на простую и сложную зрительно-моторную реакцию позволил выявить тенденцию к уменьшению времени реакции в двух указанных пробах. В то же время указанные показатели не достигли статистической значимости. Это может быть связано с тем, что у некоторых детей указанные тестовые методики вызывали затруднения и они не могли их выполнить. Так, из 20 детей, прошедших курс реабилитации «Юниор», ПЗМР выполнили 11 детей, а СЗМР 9 детей. Средние показатели изменения времени реакции до и после реабилитации приведены в табл. 5.
Таблица 5
Изменение времени реакции до и после тренингов с применением экзоскелета «Юниор» при выполнении задания на простую (ПЗМР) и сложную (СЗМР)
Показатель До После
ПЗМР (Среднее время реакции, мс) 537,08±247,57 490,45±241,60
СЗМР (Среднее время реакции, мс) 794,00±242,10 704,44±293,77
Анализ показателя выраженности спастичности Модифицированной шкалы Тардье позволил выявить значимые улучшения после курса реабилитации как для правой, так и для левой руки. Средние значения по данному показателю приведены в табл. 6.
Таблица 6
Изменение спастичности по шкале Тардье в баллах до и после тренингов с применением экзоскелета «Юниор»
Показатель До После
Правая кисть 2,64±0,99 2,12±0,92*
Левая кисть 2,88±0,60 2,28±0,68*
*- различия между показателями до и после статистически достоверны.
Так же были выявлены статистически значимые улучшения в функционировании верхних конечностей по шкале Френчай (до показатели составляли 5,04±2,03 балла и после 5,76±2,47 балла, при z=3,41, p = 0,0007). Такие показатели свидетельствуют о восстановлении функций мелкой моторики (табл. 7).
Анализ успешности каждого из сеансов служил дополнительным сигналом обратной связи для ребенка. После каждого сеанса ребенку выводился график успешности, и ребенок мог видеть свои результаты и сравнивать их с предыдущими сеансами. В программном комплексе «Юниор» алгоритм построения и обработки показателя успешности имеет большую помехоустойчивость, по сравнению с комплексом «Экзокисть 2». График успешности строится на основе параметров десинхронизации мю-ритма в момент представления движения и одновременным анализом электромиографических сигналов. Динамика показателя успешности (среднее по группе детей ± стандартное отклонение) на каждом из десяти сеансов
160
роботизированной терапии с применением экзоскелета «Юниор» представлено на рис. 2. Начиная с 3-го сеанса реабилитации наблюдается тенденция к увеличению данного показателя. Однако статистически значимых изменений показатель успешности достигает лишь к девятому сеансу.
Таблица 7
Изменение показателей функционирования верхних конечностей по методикам Френчай, MACS и ABILHAND-Kids в баллах до и после тренингов с применением экзоскелета «Юниор»
Показатель До После
Френчай (баллы) 65,04±12,03 76,76±12,47*
MACS (баллы) 3,24±0,44 3,24±0,44
ABILHAND-Kids 15,78±5,28 16,52±6,33
*- различия между показателями до и после статистически достоверны.
Баллы
1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2
0,1 □
123456789 10
Рис. 2. Динамика показателя успешности в баллах на каждом из десяти сеансов роботизированной терапии с применением экзоскелета «Юниор». Показаны средние ± стандартное отклонение. *- р<0,05, по сравнению с первым сеансом.
Таким образом, выявленные изменения психологических показателей свидетельствуют об успешности курса реабилитации с использованием экзоскелета «Юниор».
ВЫВОДЫ
Курс реабилитации для детей с ДЦП с использованием комплекса экзоскелета кисти с внешним программным управлением и биологической обратной связью «Юниор» приводит к значимому улучшению исследуемых психологических показателей. У детей улучшались возможности выполнения ежедневных обиходных
161
действий (шкала Френчай), снижался уровень спастичности (шкала Тардье), наблюдалось улучшение показателя работоспособности (Таблицы Шульте) и произвольного внимания (методика расстановки чисел). Выявлено значимое улучшение показателей самочувствия, увеличение повседневной активности (тест САН), а так же повышение самооценки (шкала Дембо-Рубинштейн).
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-1520035, https://rscf.ru/proiect/22-15-20035/
Список литературы
1. Johnson A. Prevalence and characteristics of children with cerebral palsy in Europe / A. Johnson // Dev. Med. Child Neurol. - 2002. - Vol. 44 (9). - P. 633-640. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1469-8749.2002.tb00848.x
2. Батышева Т. Т. Детский церебральный паралич - современные представления о проблеме (обзор литературы) / Т. Т. Батышева, О. В. Быкова, А. В. Виноградов // Русский медицинский журнал. -2012. - № 8. - С. 401-405. URL: https://www.rmj.ru/articles/nevrologiya/Detskiy_cerebralynyy_paralich__sovremennye_predstavleniya_o _probleme_obzor_literatury/ (дата обращения 14.04.2022 г.)
3. Детский церебральный паралич у детей // Клинические рекомендации Министерства здравоохранения Российской федерации. - 2016. URL: https://www.pediatr-russia.ru (дата обращения 14.04.2022 г.)
4. Бадалян Л. О. Детские церебральные параличи / Л. О. Бадалян, Л. Т. Журба, О. В. Тимонина. -Киев: Здоровье, 1988. - 328 с.
5. Peacock J. Cerebral palsy / J. Peacock. - Mankato MN: Capstone Press, 2000. - 64 р.
6. Комфорт А. В. Селективная дорсальная ризотомия в коррекции спастического синдрома у больных детским церебральным параличом / А. В. Комфорт, Ж. Б. Семенова, И. В. Понина // Российский вестник детской хирургии, анастезиологии и реаниматологии. - 2014. - Т. 4, № 4 - С. 130-135. DOI: https://doi.org/10.17816/psaic94
7. Немкова С. А. Эффективность применения метода динамической проприоцептивной коррекции у больных детским церебральным параличом с когнитивными нарушениями / С. А. Немкова, О. И. Маслова // Журнал неврологии и психиатрии. - 2013. - № 8. - С. 26-32. URL: https://www.mediasphera.ru/issues/zhurnal-nevrologii-i-psikhiatrii-im-s-s-
korsakova/2013/8/downloads/ru/031997-7298201384 (дата обращения 14.04.2022 г.)
8. Bjornson K. The effect of ankle foot orthoses on community based walking in cerebral palsy: a clinical pilot study / K. Bjornson, C. Zhou, S. Fatone, M. Orendurff, R. Stevenson, S. Rashid // Pediatr. Phys. Ther. - 2016. - Vol. 28 (2). - P. 179-186. DOI: 10.1097/ PEP.0000000000000242.
9. Варфоломеева З.С. Оценка двигательных умений подростков с ДЦП в процессе гидрореабилитации / З. С. Варфоломеева, О. Б. Подоляка, Н. А. Панова, В. А. Добрякова // Здоровье и образование в 21 веке. - 2017. - Т. 19 (11). - С. 203-234. DOI: 10.26787/nyd ha-2226-7425-2017-19-11-230-234.
10. Эффективность применения комбинированной методики «Неинвазивный интерфейс «Мозг -Компьютер - Экзоскелет кисти» в сочетании с ноотропной терапией в реабилитации детей с детским церебральным параличом / Л. Л. Корсунская, E. O. Савчук, Н. В. Ларина, А. П. Фалалеев, Е. А. Савчук, Д. А. Убейконь, А. В. Дворниченко // Медицинский вестник Северного Кавказа. -2020. -Т. 15(1). - С. 58-61. DOI: https://doi.org/10.14300/mnnc.2020.15012
11. Возможности реабилитации детей с синдромом ДЦП с применением роботизированных устройств и биологической обратной связи / Н. В. Ларина, В. Б. Павленко, Л. Л. Корсунская, Ю. О. Дягилева, А. П. Фалалеев, А. А. Михайлова, Л. С. Орехова, И. В. Пономарева // Бюллетень сибирской медицины. - 2020. - Т. 19, № 3. - С. 156-165. DOI: https://doi.org: 10.20538/1682-0363-2020-3-156165
162
EVALUATION OF CHANGES IN PSYCHOLOGICAL INDICATORS IN CHILDREN WITH CEREBRAL PALSY DURING REHABILITATION USING
THE HAND EXOSKELETON COMPLEX "JUNIOR" WITH EXTERNAL PROGRAM CONTROL AND BIOFEEDBACK
Dyagileva Yu. O. *, Pavlenko V. B., Larina N. V., Korsynskaya L. L.
V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Simferopol, Republic of Crimea, Russian Federation
E-mail: yulia. dyagileva@gmaiL com *
The article presents the results of evaluating the effectiveness of using a hand exoskeleton complex with external program control and biofeedback for the rehabilitation of children with cerebral palsy syndrome (exoskeleton «JUNIOR»). Based on commands from the brain-computer interface this complex provides passive opening of the patient's right or left hand. The patient is asked to imagine the movement of opening the hand when the appropriate command is presented to him. The work of the drain-computer interface is based on the analysis of changes in the EEG pattern during the imagination of movements. For this, a classifier is used that controls the covariance matrices of EEG signals. The complex provides the patient visual, proprioceptive and tactile feedback during imagining the opening of the hand. Thus, the patient defines in real time how the movement imagination task was successfully completed. Visual feedback is represented by colored signals on the patient's computer monitor. Proprioceptive and tactile feedback is provided by the movement of a relaxed human hand to open the exoskeleton hand in response to commands sent by a complex with specialized software. The study involved 20 children with cerebral palsy (11 boys and 9 girls) aged 8 to 15 years. Each child underwent a course of 10 rehabilitation sessions using the exoskeleton «Junior». Before and after rehabilitation, each child underwent complex psychological testing, which included the following test methods: Schulte tables, Luscher test, Dembo-Rubinstein test, Arrangement of numbers, SAN, assessment of the average reaction time (SVR) in tests for simple and complex visual-motor reaction, assessment of motor skills and severity of spasticity using the Frenchay, Tardieu, MACS, Abilhand-kids scales. A significant improvement in the studied psychological indicators has been proven. In children, the ability to perform daily routine activities improved (Frenchai scale), the level of spasticity decreased (Tardier scale), there was an improvement in the performance index (Schulte Tables) and voluntary attention (method of arranging numbers). A significant improvement in well-being indicators, an increase in daily activity (SAN test), as well as increase in self-esteem (Dembo-Rubinstein scale) were revealed.
Keywords: cerebral palsy, brain-computer interface, exoskeleton "Junior", motor skills, voluntary attention, emotional state.
References
1. Johnson A., Prevalence and characteristics of children with cerebral palsy in Europe, Dev. Med. Child Neurol, 44 (9), 633 (2002). DOI: https://doi.org/10.1111/j.1469-8749.2002.tb00848.x
2. Batysheva T.T., Bykova O.V., Vinogradov A.V., Detskij cerebral'nyj paralich - sovremennye predstavleniya o probleme (obzor literatury), Russkij medicinskij zhurnal, 8, 401 (2012). URL:
163
https://www.rmj.ru/articles/nevrologiya/Detskiy_cerebralynyy_paralich_sovremennye_predstavleniya_o
_probleme_obzor_literatury/ (data obrashcheniya 14.04.2022 r.)
3. Detskij cerebral'nyj paralich u detej, Klinicheskie rekomendacii Ministerstva zdravookhraneniya Rossijskojfederacii (2016). URL: https://www.pediatr-russia.ru (data obrashcheniya 14.04.2022 r.)
4. Badalyan L.O., Zhurba L.T., Timonina O.V., Detskie cerebral'nye paralichi, 328 p. (Zdorov'e, Kiev, 1988).
5. Peacock J., Cerebral palsy, 64 p. (Mankato MN: Capstone Press, 2000).
6. Komfort A.V., Semenova Zh.B., Ponina I.V., Selektivnaya dorsal'naya rizotomiya v korrekcii spasticheskogo sindroma u bol'nykh detskim cerebral'nym paralichom, Rossijskij vestnik detskoj khirurgii, anasteziologii i reanimatologii. 4, 130 (2014). DOI: https://doi.org/10.17816/psaic94
7. Nemkova S.A., Maslova O.I., Ehffektivnost' primeneniya metoda dinamicheskoj proprioceptivnoj korrekcii u bol'nykh detskim cerebral'nym paralichom s kognitivnymi narusheniyami, Zhurnal nevrologii i psikhiatrii, 8, 26 (2013). URL: https://www.mediasphera.ru/issues/zhurnal-nevrologii-i-psikhiatrii-im-s-s-korsakova/2013/8/downloads/ru/031997-7298201384 (data obrashcheniya 14.04.2022 r.)
8. Bjornson K., Zhou C., Fatone S. et al., The effect of ankle foot orthoses on community based walking in cerebral palsy: a clinical pilot study, Pediatr. Phys. Ther., 28, 179 (2016) DOI: 10.1097/ PEP.0000000000000242.
9. Varfolomeeva Z.S., Podolyaka O.B., Panova N.A. i dr., Ocenka dvigatel'nykh umenij podrostkov s DCP v processe gidroreabilitacii, Zdorov'e i obrazovanie v 21 veke, 19, 203 (2017). DOI: 10.26787/nyd ha-2226-7425-2017-19-11-230-234.
10. Ehffektivnost' primeneniya kombinirovannoj metodiki «Neinvazivnyj interfejs «Mozg - Komp'yuter -Ehkzoskelet kistI» v sochetanii s nootropnoj terapiej v reabilitacii detej s detskim cerebral'nym paralichom, Medicinskij vestnik Severnogo Kavkaza, 15, 58 (2020). DOI: https://doi.org/10.14300/mnnc.2020.15012
11. Larina N.V., Pavlenko V.B., Korsunskaya L.L., Dyagileva Yu.O., Falaleev A.P., Mikhajlova A.A., Orekhova L.S., Ponomareva I.V., Vozmozhnosti reabilitacii detej s sindromom DCP s primeneniem robotizirovannykh ustrojstv i biologicheskoj obratnoj svyazi, Byulleten' sibirskoj mediciny, 19, 3, 156 (2020). DOI: https://doi.org: 10.20538/1682-0363-2020-3-156-165
164
