Разработка инвазивных и неинвазивных кортикоспинальных и периферийных интерфейсов, с использованием биомаркерного мониторинга, для нейрореабилитации двигательных функций и контроля боли.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-75-30024

НазваниеРазработка инвазивных и неинвазивных кортикоспинальных и периферийных интерфейсов, с использованием биомаркерного мониторинга, для нейрореабилитации двигательных функций и контроля боли.

Руководитель Каплан Александр Яковлевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий» , г Москва

Конкурс №53 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-106 - Нейробиология

Ключевые слова нейрофизиология, нейрокомпьютерный интерфейс, нейропротезирование, нейрореабилитация, нейростимуляция, нейромодуляция, спинной мозг, мозг, биомаркеры, липиды, хроническая боль, электроцевтика, травма спинного мозга.

Код ГРНТИ34.53.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Миллионы людей во всем мире, страдают от тяжелых неврологических нарушений, вызванных болезнями и травмами нервной системы. Так, согласно статистике Всемирной организации здравоохранения, количество людей с травмами спинного мозга увеличивается ежегодно на 500 000 человек. Такие травмы вызывают паралич и потерю чувствительности, также ряд осложнений, включая проблемы сердечно-сосудистой системы, нарушение контроля мочевого пузыря и дисфункцию кишечника. Больные с травмами спинного мозга также страдают от нейропатической боли, которая рассматривается как одно из самых серьезных осложнений. Нейропатическая боль также часто возникает у пациентов с ампутациями конечностей. Фармакологическое лечение и другие подходы зачастую недостаточно эффективны и не ведут к выздоровлению, поэтому требуются новые, революционные подходы к реабилитации неврологических нарушений. Нейроинтерфейсы -- это бурно развивающееся направление на стыке медицины, нейронаук, биологии, инженерии, робототехники, физики, математики и материаловедения, ставящее своей задачей воспроизведение и дополнение функций мозга и корректировку этих функций в случаях неврологических поражений. Нейроинтерфейсы позволяют считывать и декодировать активность нервных структур, а также воздействовать на них посредством нейростимуляции. Ожидается, что нейроинтерфейсы будут внедрены в различные отрасли медицины, где окажут существенный эффект на подходы к лечению и реабилитации. Ожидаемый экономический эффект от интерфейсных технологий также крайне велик. В предыдущих научных исследованиях и медицинских разработках уже рассматривалась возможность использования нейроинтерфейсов и нейростимуляции для лечения неврологических нарушений, включая нарушения, возникающие в результате травм спинного и головного мозга, эпилепсию, инсульты и нейродегенеративные заболевания, такие, как болезнь Паркинсона. Однако, системы в которых нейроинтерфейсы сочетаются с нейростимуляцией и молекулярными биомаркерами, требуют дальнейшего развития и изучения. Этой задаче и посвящен предлагаемый проект. Целью проекта является разработка и доведение до практического применения нейроинтерфейсов, которые записывают активность коры больших полушарий мозга, декодируют ее и используют декодированные сигналы для управления электрической стимуляцией спинного мозга, зон коры и периферических нервов с целью восстановления подвижности конечностей и снижения уровня нейропатической боли. Над проектом будет работать компетентный коллектив ученых; клинические испытания будут проведены в ведущих российских медицинских центрах. Проект рассчитан на четыре года. На первом этапе проекта (Год 1), будет проведена интеграции существующего реабилитационного устройства на основе нейроинтерфейса и устройств для нейростимуляции, будут разработаны оригинальные методики, сочетающие декодирование ЭЭГ активности при помощи нейроинтерфейса, нейростимуляцию, зрительную, проприоцептивную и тактильную обратную связь и робототехнические устройства, восстанавливающие подвижность конечностей. В результате этих исследований будут созданы и апробированы новые реабилитационные методы для восстановления моторных и сенсорных функций, а также, что очень важно, для подавления нейропатической боли. Часть исследований будет проведена на животных моделях, с последующим переводом этих наработок в медицинские системы, предназначенные для больных людей. Если работа в первый год проекта будет направлена на создание технологий, то на следующих этапах проекта (Годы 2 - 4), будет проведена работа с больными, нуждающимися в этих технологиях для восстановление подвижности после паралича и понижения уровня боли. Будут исследованы как неинвазивные, так и инвазивные подходы, и будут разработаны биомаркеры, позволяющие объективно отслеживать результативность управляемой через нейроинтерфейс стимуляции как терапии и метода реабилитации. В результате этих работ будет создан медицинский терапевтический и реабилитационный комплекс, готовый для практического применения. Важно подчеркнуть, что разрабатываемая медицинская технология в конечном итоге будет приложима к более широкому кругу заболеваний и травм, чем те, которые будут исследованы в рамках проекта (спинномозговая травма, инсульт и ампутации), поскольку двунаправленные нейроинтерфейсы могут быть применены для лечения эпилепсии, болезни Паркинсона, висцеральных нарушений и других заболеваний. В конкретных случаях потребуется наладка параметров системы, но общий принцип управления нейростимуляцией через интерфейс остается. Таким образом, предложенный проект реализует комплексный подход к решению проблемы, направлен на решение важной медицинской задачи, и представляет значительный интерес для медицины, фундаментальной науки и экономики в целом.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Амол П. Ядав, Шуангян Ли, Макс О. Крукофф, Михаил А. Лебедев, Мухаммад М. Абд-эль-Барр, Мигель А. Л. Николелис Generating artificial sensations with spinal cord stimulation in primates and rodents Brain Stimulation, Volume 14, Issue 4, Pages 825-836 (год публикации - 2021)
10.1016/j.brs.2021.04.024

2. Юрий Иваненко, Дэниел П. Феррис, Кюхва Ли, Йошио Сакураи, Ирина Н. Белоозерова, Михаил Лебедев Editorial: Neural Prostheses for Locomotion Frontiers in Neuroscience, 15:78802 (год публикации - 2021)
10.3389/fnins.2021.788021

3. Игорь Лавров, Тимур Латыпов, Эльвира Мухаметова, Брайан Лундстрем, Паола Сандрони, Кендалл Ли, Брайан Классен, Мэтт Стед Pre‑motor versus motor cerebral cortex neuromodulation for chronic neuropathic pain Scientific Reports, 11:12688 (год публикации - 2021)
10.1038/s41598-021-91872-2

4. Вэнь С., Инь А., Ценг П.-Х., Итти Л., Лебедев М.А., Николелис М. Capturing spike train temporal pattern with wavelet average coefficient for brain machine interface Scientific Reports, 11:19020 (год публикации - 2021)
10.1038/s41598-021-98578-5

5. Дали И., Матран-Фернандес А., Валериани Д., Лебедев М., Кублер А. Editorial: Datasets for Brain-Computer Interface Applications Frontiers in Neuroscience, Volume 15, Article 732165 (год публикации - 2021)
10.3389/fnins.2021.732165

6. Сыров Н.В., Яковлев Л.В., Николаева В.А., Каплан А.Я., Лебедев М.А. Mental Strategies in a P300-BCI: Visuomotor Transformation Is an Option Diagnostics, Том 12, выпуск 11, 2607 (год публикации - 2022)
10.3390/diagnostics12112607

7. Сенко Д., Горовая А., Стекольщикова Е., Аниканов Н., Федянин А., Балтин М., Ефимова О., Петрова Д., Балтина Т., Лебедев М., Хайтович Ф., Ткачев А. Time-Dependent Effect of Sciatic Nerve Injury on Rat Plasma Lipidome International Journal of Molecular Sciences, 23, 15544 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms232415544

8. Кузьмина Е., Крюков Д., Лебедев М. Further Observations on the Rotational Structure in Neural Data Proceedings - 6th Scientific School "Dynamics of Complex Networks and their Applications", DCNA 2022, 168–171 (год публикации - 2022)
10.1109/DCNA56428.2022.9923322

9. Сыров Н., Бредихин Д., Яковлев Л., Мирошников А., Каплан А. Mu-desynchronization, N400 and corticospinal excitability during observation of natural and anatomically unnatural finger movements Frontiers in Human Neuroscience, том 16, номер 973229 (год публикации - 2022)
10.3389/fnhum.2022.973229

10. Согоян Г., Биктимиров А., Матвиенко Ю., Чех И., Синцов М., Лебедев М. Peripheral nerve stimulation for both phantom limb pain suppression and somatosensory feedback in transradial amputees Brain Stimulation, Том 16, выпуск 3, страницы 756-758 (год публикации - 2022)
10.1016/j.brs.2023.04.017

11. Морозова М., Бикбавова А., Буланов В., Лебедев М. EEG Changes during Odor Perception and Discrimination Frontiers in behavioral neuroscience, номер 1 (год публикации - 2022)
10.1109/CNN56452.2022.9912550

12. Яковлев Л., Беркмуш-Антипова А., Сыров Н., Максимов Я., Петрова Д., Булат М., Лебедев М., Каплан А. The Effects of Tactile Stimulation and Its Imagery on Sensorimotor EEG Rhythms: Incorporating Somatic Sensations in Brain-Computer Interfaces Communications in Computer and Information Science, 68, 461–467 (год публикации - 2022)
10.54941/ahfe1002765

13. Ниненко И., Кокорина А., Максим Е., Гупта А., Дхананджая Н., Тетерюков Д., Лебедев М. Novel method for lower limb rehabilitation based on brain-computer interface and transcutaneous spinal cord electrical stimulation Proceedings - 4th International Conference "Neurotechnologies and Neurointerfaces", CNN 2022, c. 111-116 (год публикации - 2022)
10.1109/CNN56452.2022.9912550

14. Сыров Н., Полукеев С., Николаева В., Смирнова С., Моисеев Г., Каплан А., Лебедев М. Adapting a P300-BCI for Visuomotor Transformation: Counting Target Stimuli Versus Imagining Movements Toward Them Proceedings - 4th International Conference "Neurotechnologies and Neurointerfaces", CNN 2022, с. 194 - 197 (год публикации - 2022)
10.1109/CNN56452.2022.9912453

15. Горин А., Бугакова А., Кирасирова Л., Лебедев М. EEG responses evoked by transcutaneous spinal cord stimulation: a pilot study Proceedings - 4th International Conference "Neurotechnologies and Neurointerfaces", CNN 2022, с. 32 - 34 (год публикации - 2022)
10.1109/CNN56452.2022.9912489

16. Горовая А.; Лебедев М.; Лавров И.; Балтина Т.; Балтин М.; Федянин А. Sciatic nerve clamp: a rat model of neuropathic pain with low inter-subject variability Proceedings - 4th International Conference "Neurotechnologies and Neurointerfaces", CNN 2022, c. 35-37 (год публикации - 2022)
10.1109/CNN56452.2022.9912480

17. Пилюгин Н., Согоян Г., Матвиенко Ю., Синцов М., Чех И., Биктимиров А., Лебедев М. Evoking sensation in the phantom hand of amputees using invasive stimulation of peripheral nerves Proceedings - 4th International Conference "Neurotechnologies and Neurointerfaces", CNN 2022, c. 113-116 (год публикации - 2022)
10.1109/CNN56452.2022.9912558

18. Клеева Д., Лебедев М., Биктимиров А., Матвиенко М., Синцов М., Пилюгин Н., Согоян Г. EEG markers of pain suppression as a result of electrical stimulation: case report Proceedings - 4th International Conference "Neurotechnologies and Neurointerfaces", CNN 2022, с. 75 - 77 (год публикации - 2022)
10.1109/CNN56452.2022.9912563

19. Согоян Г., Синцов М., Биктимиров А., Чех И., Лебедев М. Peripheral nerve stimulation for tactile feedback and phantom limb pain suppression Proceedings - 4th International Conference "Neurotechnologies and Neurointerfaces", CNN 2022, с. 162 - 164 (год публикации - 2022)
10.1109/CNN56452.2022.9912538

20. Яковлев Л.В., Сыров Н.В., Мирошников А., Лебедев М.А., Каплан А.Я. Event-Related Desynchronization induced by Tactile Imagery: an EEG Study eNeuro, 10(6), 1–12 (год публикации - 2023)
10.1523/ENEURO.0455-22.2023

21. Яковлев Л.В., Сыров Н.В., Каплан А.Я. Investigating the influence of functional electrical stimulation on motor imagery related μ-rhythm suppression Frontiers in Neuroscienсe, 17:1202951 (год публикации - 2023)
10.3389/fnins.2023.1202951

22. Сыров Н.В., Мустафина А., Беркмуш-Антипова А., Яковлев Л.В., Демчинский А., Петрова Д.А., Каплан А.Я. Single-Subject TMS Pulse Visualization on MRI-Based Brain Model: A precise method for mapping TMS pulses on cortical surface MethodsX, 10:102213 (год публикации - 2023)
10.1016/j.mex.2023.102213

23. Сыров Н.В., Яковлев Л.В., Мирошников А., Каплан А.Я. Beyond passive observation: feedback anticipation and observation activate the mirror system in virtual finger movement control via P300-BCI Frontiers in Human Neuroscienсe, 17:1180056 (год публикации - 2023)
10.3389/fnhum.2023.1180056

24. Ниненко И., Клеева Д.Ф., Букреев Н., Лебедев М.А. An experimental paradigm for studying EEG correlates of olfactory discrimination Frontiers in Human Neuroscience, 17:1117801 (год публикации - 2023)
10.3389/fnhum.2023.1117801

25. Клеева Д.Ф., Согоян Г.А., Биктимиров А., Пилюгин Н., Матвиенко Ю., Синцов М., Лебедев М.А. Modulations in high-density EEG during the suppression of phantom-limb pain with neurostimulation in upper-limb amputees Cerebral Cortex, номер 2, том 34, страницы 1-15 (год публикации - 2023)
10.1093/cercor/bhad504

26. Морозова М., Яковлев Л.В., Сыров Н.В., Перевознюк Г., Лебедев М.А., Каплан А.Я. Tactile Imagery Modulates the Mu-Rhythm and Somatosensory Event-Related Potentials IBRO Neuroscience Reports, 15, S702 (год публикации - 2023)
10.1016/j.ibneur.2023.08.1419

27. Сыров Н.В., Яковлев Л.В., Каплан А.Я., Лебедев М.А. Motor cortex activation during visuomotor transformations: evoked potentials during overt and imagined movements Cerebral Cortex, 1–14 (год публикации - 2023)
10.1093/cercor/bhad440

28. Иваненко Ю.П., Шапкова Е.Ю., Петрова Д.А., Клеева Д.А., Лебедев М.А. Exoskeleton gait training with spinal cord neuromodulation Frontiers in Human Neuroscience, 17:1194702 (год публикации - 2023)
10.3389/fnhum.2023.1194702

29. Согоян Г., Биктимиров А., Пилюгин Н., Чех И., Матвиенко Ю., Синцов М., Лебедев М. The analysis of electroneurographic and electromyographic activity recorded in the medial nerve of a transhumeral amputee during phantom finger movements International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering (NER), c. 1-3 (год публикации - 2023)
10.1109/NER52421.2023.10123783

30. Черняева М., Сенько Д., Серкина А., Ефимова О., Перевознюк Д., Смирнов К., Горовая А., Гришина Е., Петрова Д., Стекольщикова Е., Ткачев А., Хайтович Ф. Lipidome Alterations in Brain and Blood Plasma in Rats with Sciatic Nerve Injury Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, том 60, номер 6, стр. 2312–2325. (год публикации - 2024)
10.1134/S0022093024060127

31. Онучин А.А., Чернизова А.В., Лебедев М.А., Половников К.Е. Communities in C. elegans connectome through the prism of non-backtracking walks Scientific Reports, Том 13, Выпуск 1, Номер статьи 22923 (год публикации - 2023)
10.1038/s41598-023-49503-5

32. Кузьмина Екатерина, Крюков Дмитрий, Лебедев Михаил. Neuronal travelling waves explain rotational dynamics in experimental datasets and modelling Scientific Reports, 14, 3566 (2024) (год публикации - 2024)
10.1038/s41598-024-53907-2

33. Яковлев Л.В., Сыров Н.В., Мирошников А.А., Морозова М.В., Бекрмуш-Антипова А., Петрова Д.А., Каплан А.Я. EEG Source Localization of μ-Rhythm Event-Related Desynchronization during Tactile Imagery Moscow University Biological Sciences Bulletin, том 79, выпуск 1, страницы S100–S106 (год публикации - 2024)
10.3103/S0096392524600832

34. Николай Сыров, Даха Гарба Мухаммад, Александра Медведева, Лев Яковлев, Александр Каплан, Михаил Лебедев Revealing the different levels of action monitoring in visuomotor transformation task: Evidence from decomposition of cortical potentials Psychophysiology, номер e14708, страницы 1-19 (год публикации - 2024)
10.1111/psyp.14708

35. Морозова М., Яковлев Л., Сыров Н., Лебедев М., Каплан А. Tactile Imagery Affects Cortical Responses to Vibrotactile Stimulation of the Fingertip Heliyon, номер 10, выпуск 23, страницы e40807 (год публикации - 2024)
10.1016/j.heliyon.2024.e40807

36. Михаил Кнышенко; Гурген Согоян; Роман Халиков; Михаил Лебедев Influence of prosthesis with noninvasive electrical sensory feedback on visuomotor behavior Proceedings - 6th International Conference "Neurotechnologies and Neurointerfaces", CNN 2024, страницы 62–65 (год публикации - 2024)
10.1109/CNN63506.2024.10705870

37. Горовая А.; Перевознюк Д.; Лавров И.; Лебедев М. Specific EEG markers of pain processing under anesthesia in rats Proceedings - 6th International Conference "Neurotechnologies and Neurointerfaces", CNN 2024, Страницы 29 - 33, код 203271 (год публикации - 2024)
10.1109/CNN63506.2024.10705853

38. Никита Козулин, Анастасия Мигулина, Денис Мокрушин, Гурген Согоян, Александр Артеменко, Артур Биктимиров. Identification of electromyographic patterns of bradykinesia in patients with Parkinson’s disease Heliyon, 10 (2024) e39014 (год публикации - 2024)
10.1016/j.heliyon.2024.e39014

39. Медведева A. С., Сыров Н. В., Яковлев Л. В., Алиева Я.А., Петрова Д.А., Иванова Г. Е., Лебедев М. А., Каплан А. Я. Event-Related Desynchronization of EEG Sensorimotor Rhythms in Hemiparesis Post-Stroke Patients Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, номер 5, том 60, страницы 2058–2071 (год публикации - 2024)
10.1134/S0022093024050302

40. Мирошников А., Яковлев Л., Сыров Н., Васильев А., Беркмуш-Антипова А., Голованов Ф., Каплан А. Differential Hemodynamic Responses to Motor and Tactile Imagery: Insights from Multichannel fNIRS Mapping Brain Topography, Том 38, Выпуск 1, Номер статьи 4, страницы 1-15 (год публикации - 2025)
10.1007/s10548-024-01075-x

41. Морозова М., Насибуллина А., Яковлев Л., Сыров Н., Каплан А., Лебедев М. Tactile versus motor imagery: differences in corticospinal excitability assessed with single-pulse TMS Scientific Reports, том 14, номер 14862, страницы 1-9 (год публикации - 2024)
10.1038/s41598-024-64665-6

42. Пилюгин Н., Согоян Г., Биктимиров А., Матвиенко Ю., Чех И., Синцов М., Лебедев М., Каплан А. Unraveling Sensory Restoration: Decoding Complex Behavioral Data through Peripheral Nerve Stimulation Analysis 12th International Winter Conference on Brain-Computer Interface (BCI), 198550 (год публикации - 2024)
10.1109/BCI60775.2024.10480475

43. йгуль Насибуллина; Лев Яковлев; Николай Сыров; Михаил Кнышенко; Александр Каплан; Михаил Лебедев Tactile Imagery Increases Corticospinal Excitability Assessed by Single Pulse TMS Proceedings - 6th International Conference "Neurotechnologies and Neurointerfaces", CNN 2024, Страницы 132 - 135, код 203271 (год публикации - 2024)
10.1109/CNN63506.2024.10705828

44. Медведева А., Ниненко И., Клеева Д., Федосеев А., Баженов А., Кабрера М., Цецеруков Д., Лебедев М.А. The development and testing of olfactory-based neurofeedback for the EEG alpha rhythm Neuroscience and Behavioral Physiology, том 54, стр. 177–186, (2024) (год публикации - 2024)
10.1007/s11055-024-01580-3

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 году был проведен комплексный анализ нейрофизиологических маркеров сохранности и компенсаторных перестроек кортикальных сенсомоторных сетей коры мозга после инсульта. Приоритетно были выделены конкретные ЭЭГ-показатели активности моторной и соматосенсорной коры при движениях здоровой и пораженной конечностью у пациентов после инсульта в острой фазе. Важным этапом исследования было получение функционального обоснования обнаруженных ЭЭГ-феноменов путем оценки локализации их кортикальных источников методом высокоплотной ЭЭГ, а также проведения процедуры моторного картирования интактного и пораженного полушарий методом транскраниальной магнитной стимуляции. Описанные маркеры значительно дополнят арсенал диагностических методов и подходов к оценке состояния пациента после и инсульта, что поможет составить специфичный план реабилитации и адаптировать его в процессе. Арсенал разработанных диагностических методик органично дополняет использование уже внедренных в рамках настоящего проекта в практику новых парадигм, основанных на технологии интересов мозг компьютер. Новым этапом в направлении понимания компенсаторных изменений кортикальной активности после инсульта стало исследование корковой гемодинамики у пациентов после инсульта методов функциональной ИК-спектроскопии. Метод позволяет проводить оценку реакции повышения оксигенации крови в микроциркуляторном русле коры, развивающейся в ответ на нейрональную активацию. Уже сейчас метод показал свою чувствительность к выявлению последствий инсульта, и в будущем команда проекта планирует продолжить развитие применимости данной методики в постинсультной диагностике и нейрореабилитации. В рамках поиска путей оптимизации регламентов восстановления движения с идеомоторной тренировки командой проекта были проведено комплексное исследование нейрофизиологических механизмов тактильного воображения, которое в перспективе может стать удобным дополнением к существующим подходам идеомоторной тренировки. В результате получен ряд фундаментально и практически значимых результатов о повышении кортико-спинальной возбудимости при тактильном воображении, что дает основание для внедрения тактильного воображения в практику реабилитации двигательных нарушений, как самостоятельной техники, так и в составе контуров тренажеров на основе технологии ИМК. Последнее возможно благодаря описанным в рамках проекта нейрональным коррелятом тактильного воображения, регистрируемым методами ЭЭГ и ИК-спектроскопии. Было показано, что воображение тактильных ощущений вызывает активацию постцетральной и прецентральной извилины, а также приводит к повешению концентрации оксигемоглобина в кортикальном кровотоке в областях постцентральной извилины и париетальной коры. Этот результат позволяет предложить в будущем технику тактильного воображения для реабилитации болевых синдромов. В этом направлении также развивались исследования по разработке технологий нейростимуляции спинного мозга. Были подобраны параметры работы стимулятора для вызова функционального движения верхней конечности ассоциированного с тактильной чувствительностью, связанной с одновременной стимуляцией сенсорных ганглиев. Такая функциональная стимуляция была введена в контур нейроинтерфейса, что позволит парализованному пациенту инициировать мышечное сокращение собственной ментальной командой. В рамках работ с использованием инвазивной стимуляции периферических нервов, выполняемых совместно с клиникой ДВФУ, был продолжен сбор данных высокоплотной ЭЭГ для выявления нейрофизиологических характеристик, сопровождающих эффекты стимуляции. В рамках анализа данных был расширен арсенал выявляемых маркеров на основе спектральных характеристик сигнала, а также осуществлена оценка моторных репрезентаций в парадигмах воображаемого движения, осуществляемого в условиях стимуляции и без неё. Полученные данные позволили выделить ключевые особенности, связанные с пластичностью моторных и сенсорных систем, а также уточнить нейрофизиологические механизмы, лежащие в основе реабилитационного эффекта. Эти результаты предоставляют новые возможности для разработки персонализированных протоколов стимуляции и более точной интерпретации динамики восстановительных процессов. Продолжались работы с использованием стимуляции периферических нервов у людей с ампутацией. Эта часть проекта проводится в коллаборации с индустриальным партнером -- компанией “Моторика”. В рамках данного этапа была разработана система двунаправленного нейропротеза, а также оттестирован новый 2-х стадийный подход реабилитации, где после имплантации электрода пациент пребывает в восстановительном периоде от 2-х месяцев. В рамках работ был также использован неинвазивный способ воздействия не нервы пациентов – периферическая магнитная стимуляция. Для большинства испытуемых с ампутацией ПМС вызывал стабильные сенсорные ответы в фантомной кисти. Для части испытуемых ПМС оказался эффективным для подавления фантомной боли. Также был опробован подход к оценке качества пользовательского опыта на основе слежения за глазодвигательной активностью пациентов. При этом для пациента с ампутацией система сенсорного восстановления способствует ускоренному обучению выполнения моторных задач. В качестве последней ключевой разработки необходимо выделить моторный декодер на основе системы оптомиографических датчиков. Используя математические алгоритмы и методы искусственного интеллекта нам удалось распознавать сложные моторные акты, выполняемые нормотипичными испытуемыми и испытуемыми нормы. Так, например, алгоритмы и методы предобработки позволили достигнуть точности в 95% в задаче распознавания рукописного ввода. По результатам работы было подготовлено 5 патентных заявок (SK24-45; SK24-67; SK24-05; SK24-93; SK24-102), одна из них находится на рассмотрении в патентном ведомстве (PCT/RU2024/000214). По биомаркером нейропатической боли, в соответствие с полученными результатами анализа были предложены потенциальные липидные маркеры данной патологии, которые могут быть в дальнейшем использованы в анализе липидома крови пациентов с нейропатической болью. Предложенные маркеры включают в себя соединения, свидетельствующие о возможном дефиците и изменения метаболизма полиненасыщенных жирных кислот, а также лизофосфоэтаноламины, уровень которых повышался в связи с повреждением седалищного нерва. По ряду направлений проекта достигнуты значительные успехи на уровне клинической апробации технологий реабилитации и нейродиагностики нарушений функций мозга вследствие инсульта и травмы спинного мозга. Также полученные научные результаты этого года дали основение для разработки новых реабилитационных нейро-тренажеров и технологий облегчения спастичности и болевых синдромов, основанных на запуске инвазивных и неинвазивных типов нейростимуляции через нейроинтерфейс.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Настоящий проект был направлен на решение ключевых проблем и реализации приоритетных направлений развития науки, техники и технологий, отраженных в пункте 20-в Указа Президента РФ от 01.12.2016 N 642 "О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации", а именно, на решение задач в рамках направления Н3. Переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения, в том числе за счет рационального применения лекарственных препаратов. Результаты проекта дали значительный толчок развитию компонентов и устройств реабилитации, обслуживания и восстановления пациентов, и повысить качество процесса реабилитации за счет организации индивидуального и специфичного подхода. Разработанные нейротренажеры на основе технологии интерфейсов мозг-компьютер с функцией нейростимуляции позволяют ускорить процесс реабилитации пациентов, что снижает расходы на длительное восстановление и уход. Использование биомаркерного мониторинга способствует проведеню точных диагностических процедур, обеспечивает объективное отслеживание эффективности лечения, что минимизирует расходы на ненужные или неэффективные процедуры. Также это способствует своевременной организации эффективного лечения, что важно для захвата окна пластичности при постинсультном восстановлении. Внедрение систем мониторинга и диагностики, основанных на биомаркерах и нейрофизиологических маркерах, делает персонализированную реабилитацию доступной для большего числа пациентов. Все это ведет к организации лечения и адаптации людей с двигательными и сенсорными нарушениями, повышению их уровня автономии и социализации. Разработанные в ходе проекта и прошедшие серию нейрофизиологических и клинических исследований технологии и устройства, такие как инвазивные и неинвазивные методики нейростимуляции, миографические системы управления протезами и нейротренажерами, экзоскелеты и манипуляторы, способствуют развитию рынка медицинской техники в России. В том числе за счет расширения сферы применения уже существующих и зарегистрированных медицинских изделий и технологий. Исследованные технологии очувствления протезов и нейромаркерного мониторинга реабилитации нейро-патологий укрепляют позиции России на мировом рынке высокотехнологичного здравоохранения.