Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В рамках совместного междисциплинарного проекта «Когнитивные особенности у детей с моторными нарушениями: клинические, поведенческие и нейрофизиологические корреляты» в первый год реализации этого проекта (2020) коллективы исследователей Центра нейроэкономики и когнитивных исследований Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ (Москва) и Клиники артрогрипоза Национального медицинского исследовательского центра детской травматологии и ортопедии имени Г.И.Турнера (г. Пушкин, Санкт-Петербург) выполнили широкий спектр работ и добились значительного прогресса в изучении природы моторных и речевых процессов – как в норме, так и при нарушениях двигательной сферы – при артрогрипозе. В результате совместной работы коллективов получены научные результаты по следующим направлениям. Сотрудниками НИУ ВШЭ разработана oddball-парадигма для оценки нейрональных процессов обработки слухоречевой информации. С помощью этой парадигмы регистрируется компонент негативности рассогласования (mismatch negativity) вызванных ответов. Исследуется пространственно-временные паттерны мозгового ответа негативности рассогласования, зависимость этих паттернов от семантики речевых стимулов, их различия у здоровых взрослых и детей и детей с артрогрипозом. Выработанный нами подход позволяет изучить особенности речевой функции у детей с артрогрипозом в русле представлений теорий воплощенного познания об обработке слов, обладающих моторной семантикой. Проведена серия пилотных исследований разработанной парадигмы на взрослых и детях. Разработанная парадигма протестирована на здоровых испытуемых в НИУ ВШЭ и на пациентах с моторными нарушениями в Институте им. Турнера. Получены результаты, доказывающие эффективность созданной парадигмы. Проведена полномасштабная серия МЭГ-ЭЭГ-МРТ комбинированных исследований в разработанной парадигме для речевого картирования слов, связанных с моторикой, на 9 детях и свыше чем на 40 взрослых. Проведен экспресс-анализ МЭГ-МРТ результатов, подтверждающий эффективность разработанной парадигмы oddball исследования. Проведено свыше 30 ЭЭГ-исследований детей – пациентов с артрогрипозом на базе Института им. Турнера, с использованием разработанной в НИУ ВШЭ oddball парадигмы. Данные находятся в процессе анализа. Парадигма также была дополнена реалистичными видеостимулами, содержание которых было классифицировано сотрудниками НИУ ВШЭ с помощью алгоритмов машинного обучения в соответствии с типом движений - рук или ног, которые совершают персонажи видеоклипов. Это позволило провести эксперимент по динамическому нейрональному картированию зрительного восприятия информации о движениях конечностей в норме (у детей и у взрослых испытуемых) и при патологии с использованием новейшего метода межиндивидуальных корреляций МЭГ/ЭЭГ-сигналов. Проведен анализ результатов. Выявлены ортопедические и нервно-мышечные особенности у детей с моторными расстройствами (опубликованы 2 статьи). Выявлены психологические и нейрофизиологические особенности у детей с моторными расстройствами (2 статьи находятся в стадии рассмотрения журналами входящими в Q1). Проведена комплексная оценка пациентов с моторными нарушениями специалистами в области психологии, нейрофизиологии, логопедии, неврологии, ортопедии и миографии. Получены уникальные данные, позволяющие достоверно связать различные выявленные нарушения у детей с моторными нарушениями. Прослеживается связь изучаемых параметров: электрофизиологических, психологических, логопедических, неврологических, ортопедических. С учетом полученных результатов, данная тема является крайне перспективной и требующей дальнейшей разработки. Разработаны и апробированы задания для оценки процессов порождения речи у здоровых детей и детей с артрогрипозом. Разработанная система тестов является точным диагностическим инструментом для оценки различных компонентов речи: фонематической, лексической, семантической обработки и др. - с учетом влияния различных психолингвистических переменных. Выполнены поведенческие пробы для оценки процессов порождения речи и сравнения их в норме сотрудниками НИУ ВШЭ и при патологии – сотрудниками института им. Турнера. Разработаны протоколы и проведены магнитоэнцефалографические (МЭГ) исследования кортикальной активности у детей с моторными нарушениями. Результаты функционального картирования коры головного мозга на основе данных МЭГ и МРТ, выполненные для детей, больных артрогрипозом, а для также контрольных здоровых испытуемых соответствующего возраста и контрольных взрослых испытуемых подготовлены и поданы в журнал для публикации на английском языке: “S.A. Golosheykin, E.D. Blagoveschenskiy, O.E. Agranovich, M.A. Nazarova, V.V. Nikulin, O.E. Moiseenko, R.W. Chan, A.N. Shestakova. Feasibility and challenges of performing MEG experiments in children with arthrogryposis multiplex congenita. Front Pediatr (submitted)”. Следует отметить уникальность использования МЭГ-подхода к нейрональному картированию проксимальных мышц и особенно – у детей с артрогрипозом. Таких исследований до сих пор не проводилось. Нами впервые применен комплексный подход к изучению ортопедического заболевания – артрогрипоза, что само по себе не является узкой мишенью нашего исследования. Нам представляется, что артрогрипоз является прекрасной клинической моделью для изучения когнитивных последствий моторных заболеваний. Полученные нами комплексные данные позволяют cделать крайне интересные предварительные выводы и позволят сделать более общие выводы, как фундаментальные, так и прикладные, на последующих этапах реализации данного междисциплинарного проекта.

 

Публикации

---

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В рамках совместного междисциплинарного проекта «Когнитивные особенности у детей с моторными нарушениями: клинические, поведенческие и нейрофизиологические корреляты» во второй год реализации этого проекта (2021) научно-исследовательские коллективы Центра нейроэкономики и когнитивных исследований Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ (Москва) и Клиники артрогрипоза Национального медицинского исследовательского центра детской травматологии и ортопедии имени Г.И.Турнера (г. Пушкин, Санкт-Петербург) выполнили большой объем совместных работ и добились значительного прогресса как в сборе широкого спектра данных (нейрофизиологических, психологических, поведенческих, психологических, клинических), так и в их анализе. В частости, мы добились успехов в сравнительном анализе особенностей моторных и речевых процессов в различных исследуемых группах: детях с моторными нарушениями, в т.ч. с артрогрипозом, здоровых детях и здоровых взрослых. В результате совместной работы коллективов получены научные результаты по следующим направлениям. 1. При проведении исследования слухоречевой негативности рассогласования запись детей (здоровых и с двигательными нарушениями) осуществлялась в максимально схожих экспериментальных условиях. Проведены записи МЭГ и ЭЭГ для получения данных о нейрональной обработке слухоречевой информации различного семантического содержания - слов, обозначающих движения, а также абстрактные действия, - в рамках парадигмы негативности рассогласования. Данная парадигма была создана на первых этапах совместного проекта. Несмотря на сложную эпидемиологическую обстановку, накладывающую существенные ограничения на доступ на территорию НИИ Г.И. Турнера и НИУ ВШЭ, за отчетный период нами были собраны мультимодальные данные о когнитивном развитии 72 пациентов, В НИУ ВШЭ были зарегистрированы МЭГ-отклики мозговой активности 27 здоровых детей и ЭЭГ- отклики 15 детей (последние записи проводились дважды, что суммируется в 30 исследований). Дети из МЭГ-группы также проходили МРТ обследование. Структурное МРТ картирование также прошли 16 детей с моторными нарушениями. Группа детей c двигательными нарушениями более гетерогенна – у каждого заболевание проявляется в той или иной мере и объединять их в одну группу крайне сложно. Например, нарушение может затрагивать как проксимальные, так и дистальные мышцы. Для оценки нейрональных ответов в парадигме негативности рассогласования были отобраны 64 пациента, у которых наблюдался следующий диагноз: нарушение функционирования проксимальных мышц. Можно заметить, что только благодаря совместной работе двух организаций в современных условиях, на наш взгляд, возможно продолжать реализацию данного проекта. Данные, полученные на МЭГ для взрослых здоровых испытуемых, были подробно проанализированы сотрудниками НИУ ВШЭ с использованием различных подходов. В том числе производился анализ по областям интереса (слуховая, первичная моторная кора, область Брока, их правополушарные гомологи), в которых осуществлялась локализация вызванных слухоречевых ответов негативности рассогласования разными методами решения обратной задачи. Получены результаты, указывающие на то, что нейрональные паттерны обработки слухоречевых стимулов отличаются по амплитуде и латерализации в зависимости от типа содержащейся в стимулах информации: связанной с движениями или абстрактными действиями. Предварительные результаты этой работы представлены на конференции IOP 2021 – 20th World Congress of Psychophysiology of the International Organization of Psychophysiology (опубликовано в International Journal of Psychophysiology: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167876021006425?via%3Dihub). Основные результаты готовятся в формате статьи для публикации. На базе НИИ Г.И. Турнера производилась запись той же парадигмы на ЭЭГ в группе детей с двигательными нарушениями с использованием стимулов, обозначающих движения конечностей, а также серии псевдослов. Данные сравнивались и анализировались совместно сотрудниками двух коллективов, результаты сравнения указывают, что на ЭЭГ также существуют различия в нейрональных ответах между группами здоровых детей и детей с двигательными нарушениями, причем различия были значимы для стимулов, обозначающих движения рук, движения которых нарушены в исследуемой группе детей. В результате проведенных анализов были выявлены следующие важные факты: · Паттерн негативности рассогласования отличается для больных и здоровых детей, особенно для слов, связанных с движением рук. · Однако статистические отличия представляют мозаичную картину, требующую дальнейшего анализа (источников и т. д.). · Можно предположить, что здоровые и больные дети по-разному воспринимают слова, связанные с движением конечностей. 2. Дополнительно сотрудниками НИУ ВШЭ исследована возможность использовать парадигму негативности рассогласования в соматосенсорной модальности. Исследование проведено в контрольной группе здоровых взрослых испытуемых, в которой были получены вызванные ответы на предъявление электрического раздражения различных пальцев рук. Результаты опубликованы (https://journals.eco-vector.com/turner/issue/viewIssue/3861/765). 3. В ходе записи ЭЭГ-парадигмы испытуемым также давалось задание, в котором детям (здоровым и с двигательными нарушениями) предъявлялись реалистичные видеостимулы, ответы на которые анализировались сотрудниками НИУ ВШЭ с помощью современного подхода к анализу нейрональных данных – межиндивидуальных корреляций (Intersubject correlations, ISC). Результаты анализа, выполненного в этом году, указывают на различия нейрональных паттернов обработки подобной информации между группами здоровых детей и детей с двигательными нарушениями. Результаты представлены на конференции Organization of Psychophysiology (опубликовано в International Journal of Psychophysiology: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167876021007820), а также поданы в виде статьи в журнал Q1 (находятся на рецензии). Все статьи имеют в соавторах совместный коллектив между двумя научными заведениями 4. На базе материала, собранного сотрудниками НИИ Г.И. Турнера, проведен сравнительный анализ когнитивных навыков у больных и здоровых детей на основании психологического тестирования. Обнаружена разница в слуховой и визуальной памяти, которая отчетливо проявлялась в возрасте 8-10 лет, что, возможно, требует пересмотра образовательных программ для детей с моторными расстройствами. Совместным коллективом подана и принята в печать статья в журнал Brain Sciences. 5. Сотрудниками НИИ Г.И. Турнера проведено экспериментально-психологическое исследование процессов порождения речи с помощью экспериментальных заданий, разработанных совместно с сотрудниками НИУ ВШЭ. Задания позволили оценить различные аспекты экспрессивной речи у здоровых детей и детей с артрогрипозом, и увидеть статистические различия в большинстве проб, за исключением пробы на автоматизированное порождение речи. На наш взгляд, это указывает на существенные различия в процессах порождения произвольной экспрессивной речи у исследуемых групп детей. 6. Совместно сотрудниками НИУ ВШЭ и сотрудниками НИИ Г.И. Турнера подготовлены стимульные материалы для экспериментального МЭГ/ЭЭГ исследования процессов порождения речи (называние изображений, обозначающих предметы и действия), подобранных по ряду психолингвистических характеристик: устойчивость номинации, возраст усвоения, частотность, субъективная сложность, объективная сложность, знакомство с объектом, представимость, длина (в слогах или фонемах). На основе этого стимульного материала сотрудниками НИУ ВШЭ разработана и апробирована экспериментальная МЭГ-парадигма исследования процессов порождения речи. Данную пробу планируется адаптировать к клинической выборке – детям с двигательными нарушениями в НИИ Г.И. Турнера – и провести исследование экспрессивной речи в этой клинической группе. 7. Также мы оценили возможности картирования проксимальных мышц у больных артрогрипозом и здоровых детей (МЭГ/ЭЭГ исследования). Были проведены исследования возможности картирования проксимальных мышц. Исследования были проведены на 4х пациентах (больных артрогрипозом) и 4х здоровых детях. Была показана возможность селективной оценки активности связанной со сгибанием руки. Причем было показанно, что паттерн активации у больных и здоровых детях отличается во временной и пространственных шкалах. Принята совместная статья в журнал (https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fped.2021.626734/full). Таким образом, к настоящему моменту сотрудниками НИУ ВШЭ и НИИ Г.И. Турнера собран большой спектр различных данных, отражающих нейрофизиологические, когнитивно-психологические, поведенческие особенности выполнения различных задач, связанных с обработкой мультимодальной информации, и в особенности информации речевой. Данные указывают на то, что между детьми с двигательными нарушениями и здоровыми существуют статистически значимые различия во всех перечисленных особенностях выполнения этих задач. На следующем этапе мы планируем собрать данные об особенностях порождения речи у здоровых детей и детей с двигательными нарушениями. А также перейти к составлению комплексных профилей для различных исследуемых групп (с учетом возраста и клинического статуса), которые будут учитывать все вышеперечисленные особенности и на основании этих профилей можно будет производить более глубокое сравнение исследуемых групп, искать фундаментальные связи между моторными речевыми процессами, а также влияние на эти связи моторных нарушений, таких как артрогрипоз.

 

Публикации

---

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В рамках совместного междисциплинарного проекта «Когнитивные особенности у детей с моторными нарушениями: клинические, поведенческие и нейрофизиологические корреляты» в третий год реализации этого проекта (2022) научно-исследовательские коллективы Центра нейроэкономики и когнитивных исследований Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ (Москва) и Клиники артрогрипоза Национального медицинского исследовательского центра детской травматологии и ортопедии имени Г.И.Турнера (г. Пушкин, Санкт-Петербург) расширили объем совместных работ за счет углубления сотрудничества в рамках ранее начатых, а также развития новых направлений. К концу текущего отчетного периода мы добились значительного прогресса как в сборе широкого спектра данных (нейрофизиологических, психологических, поведенческих, психологических, клинических), так и в их, систематизации, анализе, интерпретации и представления полученных результатов в рамках публикаций и выступления на конференциях. В частности, мы добились успехов в сравнительном анализе особенностей моторных, когнитивных и речевых процессов в различных исследуемых группах: детях с моторными нарушениями, с артрогрипозом и акушерским параличом, здоровых детях и здоровых взрослых. Анализ производился на различном уровне: нейрональном, когнитивно-психологическом, поведенческом, и на основе систематизированных данных, собранных разными коллективами в рамках общих исследовательских парадигм. В результате совместной работы коллективов в этом году получены научные результаты по следующим направлениям: 1. К концу текущего отчетного периода были обработаны данные МЭГ (41 ребенок и 30 взрослых контрольной группы) и ЭЭГ (59 детей клинической и 32 ребенка контрольной группы) записей среди взрослых, детей и детей с двигательными нарушениями в рамках исследования ответов негативности рассогласования на предъявление стимулов разных лексико-семантических категорий (абстрактные и конкретные моторные глаголы и на псевдослово). Результаты МЭГ-исследования были представлены на международной конференции Biomag, также результаты ЭЭГ-исследования успешно опубликованы в журнале Clinical Neurophysiology (https://doi.org/10.1016/j.clinph.2022.10.010). 2. По результатам ранее проведенного исследования межиндивидуальных корреляций при обработке натуралистических двигательных видеостимулов, в этом отчетном году была опубликована статья в Journal of Personalized Medicine (https://doi.org/10.3390/jpm12111841). Кроме того, исследование межиндивидуальных корреляций при обработке натуралистических двигательных видеостимулов было дополнено анализом влияния возрастного фактора. Мы обнаружили, что межиндивидуальные корреляции при любых условиях снижаются с увеличением возраста. Результаты были представлены на международной конференции Biomag. Подготовлена совместная публикация, которая находится на рецензии в журнале Frontiers in Human Neuroscience. 3. В качестве продолжения уже начатого исследования, мы провели анализ нейрональных процессов обработки соматосенсорных стимулов методом негативности рассогласования. Проведенные нами пермутационные тесты на МЭГ среди 20 взрослых испытуемых выявили значимые различия между ответами на стандартные и девиантные стимулы в условии, связанном с восприятием стандартного стимула указательным пальцем кисти и девиантного стимула мизинцем во временном окне 90–170 мс. 4. Данные психологического исследования беглости речи проанализированы в этом отчетном периоде с учетом большего количества факторов (возраст, нозология, количество поврежденных конечностей). Результаты этого исследования были представлены в Калининграде на конференции IEEE (https://doi.org/10.1109/CNN56452.2022.9912452). Ведется подготовка совместной публикации. 5. Также в этом отчетном году в рамках продолжения исследования порождения речи были собраны собраны поведенческие, ЭЭГ и МЭГ-данные среди 30 детей в институте Турнера, а также 18 детей и 23 записей взрослых в НИУ ВШЭ. Предварительный анализ поведенческих данных, собранных в НИУ ВШЭ для контрольной группы показал статистически значимые различия между здоровыми взрослыми и детьми по всем пробам, что подтверждает высокую чувствительность нашей парадигмы к возрастному фактору. В следующем отчетном периоде будет проведен статистический анализ имеющихся данных для подготовки к публикации. 6. Кроме того, совместными усилиями вместе с коллегами из института Турнера было проведено исследование с помощью неинвазивной анодной трансспинальной стимуляция постоянным током шейных сегментов при моторном обучении у 57 здоровых испытуемых. Было обнаружено, что применение 11-минутной стимуляции на уровне шейного отдела спинного мозга током 1,5 мА не повлияло на улучшение ловкости рук в моторных и зрительно-моторных тестах. результаты данного исследования были представлены в Калининграде на конференции IEEE (https://doi.org/10.1109/CNN56452.2022.9912545). 7. Наконец, все данные общие для контрольной и экспериментально-клинической групп собраны совместными усилиями сотрудников Института им. Турнера и НИУ ВШЭ в общую базу в виде сводных таблиц. По этим таблицам нами построены профили различных групп испытуемых (здоровых детей, детей с двигательными нарушениями, возрастных групп). Помимо наглядной визуализации, нами проведен статистический анализ этих профилей, который указал на ряд существенных различий между возрастами и исследуемыми группами. Таким образом, к концу текущего отчетного периода, совместными усилиями коллективов НИУ ВШЭ и НИИ Г.И. Турнера собран, систематизирован и проанализирован большой объем разноаспектных данных, отражающих клинико-демографические, когнитивно-психологические, речевые, поведенческие и нейрофизиологические особенности, характерные для различных возрастных и нозологических групп (дети с артрогрипозом и акушерским параличом плечевого сплетения). Эти особенности проявляются в различных задачах, связанных с обработкой мультимодальной информации, и в особенности информации речевой. Полученные в текущем отчетном периоде данные указывают, во-первых, на то, что в составленных нами профилях исследуемых групп существует ряд важных параметров (клинико-демографических, когнитивно-психологических, поведенческих, речевых, нейрофизиологических), по которым дети с двигательными нарушениями (артрогрипозом и акушерским параличом плечевого сплетения) отличаются от детей здоровой контрольной группы. Кроме того, проведенный нами анализ всей совокупности данных показал, что существуют статистически значимые корреляции между различными показателями, по которым расходятся исследуемые нами группы. В частности, например, различия в усредненной амплитуде негативности рассогласования в ответ на предъявления стимулов, связанных с движениями руки, между первой и второй половиной сессией записи, статистически значимо коррелируют с суммарным баллом вербальной беглости (поведенческая оценка). На следующем этапе мы планируем завершить поиск коррелятов нарушений в исследуемой нами клинической группе, с особым акцентом на изучение нейрональных и поведенческих коррелятов нарушений порождения речи. И на основе полученных результатов составить рабочие модели диагностики нарушений и комплексной оценки постоперационных и постреабилитационных исходов у детей с артрогрипозом и акушерским параличом плечевого сплетения.

 

Публикации

---