CC BY
0УДК 615.8-7
РАЗРАБОТКА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПЕРСОНАЛИЗИРОВАННОЙ
ТРАНСКРАНИАЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ СТИМУЛЯЦИИ НА ОСНОВЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
DOI 10.24412/CL-37228-2024-179-181
Р. К. Калимуллин1, Е. С. Антипушина12, М. П. Кнышенко1, Н. В. Сыров1
'Центр нейробиологии и нейрореабилитации им. Владимира Зельмана,
Сколковский институт науки и технологии, Москва, Россия 2Лаборатория искусственного интеллекта для биомедицины, BIMAI-lab,
Университет Шарджи, Объединенные Арабские Эмираты E-mail: Ruslan.KalimuUin@skoltech.ru
Аннотация. В данном проекте предложено интегрировать модуль биологически обратной связи, контролируемый миографическим сигналом, с существующими системами транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС), что позволяет создать закрытый контур стимуляции. Разработанный прототип устройства обеспечивает обратную связь с задержкой в 40 миллисекунд между обнаружением движения и наблюдением моторного вызванного потенциала, что может значительно улучшить эффективность нейрореабилитации и расширить применимость ТМС в клинической практике.
Ключевые слова: транскраниальная магнитная стимуляция, нейроре-абилитация, биологически обратная связь, нейромодуляция.
В современной медицинской практике транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) выступает как передовой метод лечения двигательных нарушений, вызванных повреждением центрального двигательного звена [1]. Использование ТМС в реабилитации предполагает аппликацию частотного протокола стимуляции в определенную область коры, например, пациентам после инсульта проводят высокочастотную стимуляцию моторной коры пораженного полушария с целью повышения возбудимости моторных сетей мозга, их реактивации и запуска пластических перестроек. Несмотря на значительный потенциал, в ряде случаев терапевтические и ре-
абилитационные протоколы ТМС оказываются неэффективными и неудобными для пациентов: процедуры могут занимать длительное время, при этом результаты не гарантированы в долгосрочной перспективе, что частично объясняется отсутствием функциональности в подходах к нейромодуляции. В то же время существует метод функциональной электрической стимуляции (ФЭС), который предполагает стимуляцию периферических нервов и мышц для запуска функционального движения. Данный тип стимуляции в реабилитационной практике может использоваться в составе контура нейроинтерфейса, в котором намерение пациента к совершению движения приводит к реальному движению через запуск ФЭС [2; 3]. Однако стимуляция периферического моторного звена в контуре нейроинтерфейса может иметь меньшую эффективность, чем стимуляция центрального, так как между намерением пациента к движению и обратной связью (реальное движение) проходит время большее, чем в естественном двигательном контуре. Задержка подкрепления может играть решающее значение для стимуляции пластичности и восстановления двигательных функций.
В ответ на существующие ограничения ТМС и привлекательность создания нейротренажера с центральной функциональной стимуляцией, предоставляющей минимальную задержку подачи обратной связи в контуре нейроинтерфейса, настоящий проект предлагает внедрить аппаратно-программный комплекс, расширяющий функционал существующих систем ТМС модулем мио-графически-контролируемой обратной связи. В такой связке ТМС запускается в ответ на детектирование прироста ЭМГ сигнала, например, в момент, когда пациент, перенесший инсульт, совершает попытку запуска движения парализованной конечностью. В момент фиксации попытки к движению система отправляет пачку стимулов на ТМС, вызывающих функциональное движение. Разработанный командой проекта прототип устройства предлагает отправку обратной связи с задержкой в 40 миллисекунд между детекцией движения и началом стимуляции. Так же как и ФЭС, использование функциональной ТМС в контуре миографического интерфейса приводит к движению, однако в случае с ТМС движение запускается через стимуляцию центральных звеньев моторной системы (моторная кора, спинной мозг). Такой подход расширяет применимость ТМС в клинической практике и предлагает новый метод нейрореабилитации, который может обладать высокой эффективностью.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 21-75-30024).
Список литературы
1. Edwards M. J., Talelli P., Rothwell J. C. Clinical applications of transcranial magnetic stimulation in patients with movement disorders // The Lancet Neurology. — 2008. — V. 7. — No 9. — P. 827-840.
2. Yakovlev L., Syrov N., & Kaplan A. Investigating the influence of functional electrical stimulation on motor imagery related ц-rhythm suppression // Frontiers in Neuroscience. — 2023. — No 17. — P. 1202951.
3. Боброва Е. В., Решетникова В. В., Фролов А. А., Герасименко Ю. П. Воображение движений нижних конечностей для управления системами «интерфейс мозг-компьютер» // Журнал высшей нервной деятельности им. ИП Павлова. — 2019. — № 69 (5). — С. 529-540.
DEVELOPMENT OF A HARDWARE AND SOFTWARE PACKAGE FOR PERSONALIZED TRANSCRANIAL MAGNETIC STIMULATION BASED ON BIOFEEDBACK
Abstract. In this project, it is proposed to integrate a biofeedback module controlled by a myographic signal with existing transcranial magnetic stimulation (TMS) systems, which allows you to create a closed stimulation circuit. The developed prototype device provides feedback with a delay of 40 milliseconds between motion detection and observation of motor evoked potential, which can significantly improve the effectiveness of neurorehabilitation and expand the applicability of TMS in clinical practice.
Key words: transcranial magnetic stimulation, neurorehabilitation, biofeedback, neuromodulation.
