Введение
У пациентов с тяжелым постинсультным парезом верхней конечности уровень повседневной жизнедеятельности и функциональной независимости зависит от работы непаретичной руки. Несмотря на подтвержденное наличие двигательного дефицита в ипсилезиональной, непаретичной руке больных после инсульта (нарушения координации движений, скорости и точности их выполнения) в подходах к реабилитации сохраняется тенденция фокусирования на паретичной руке, лишь иногда используются бимануальные действия, что не решает проблемы двигательного дефицита «здоровой» руки. При этом выраженность двигательных нарушений в непаретичной руке увеличивается параллельно степени пареза контралезиональной руки [1, 2]. В настоящее время подходы к реабилитации двигательных функций ипсилезиональной руки практически отсутствуют, поэтому данный аспект нуждается в тщательном изучении.
Кинестетическое воображение движения (ВД) является одним из немногих доказавших свою эффективность методов стимулирования пластичности головного мозга [3]. Осуществлять контроль за ВД позволяет интерфейс мозг–компьютер (ИМК) – система, функционирующая на основе регистрации биоэлектрической активности мозга, возникающей при ВД. Получены данные об успешной реабилитации больных с двигательными нарушениями в результате применения ИМК [4–6]. Это определило наш интерес к динамике ЭЭГ в процессе реабилитации с использованием ВД и ИМК. Особое внимание было направлено на исследование биоэлектрической активности мозга контралезионального полушария.
Цель работы: изучение биоэлектрической активности в коре головного мозга больных с постинсультным парезом верхней конечности до и после проведения курса реабилитационных занятий с воображением ВД в сохранной руке и использованием ИМК+экзоскелет кисти (ИМКЭ) по сравнению со здоровыми испытуемыми.
Методы
Исследование проведено на базе неврологического отделения ГБУЗ МО МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского, одобрено локальным этическим комитетом (протокол № 9 от 2.10.2014). Все пациенты подписали информированное согласие на проведение процедур. В исследовании принимали участие пять праворуких пациентов (два мужчины и три женщины) с диагнозом «ишемический инсульт в бассейне левой средней мозговой артерии» сроком от 2 до 10 месяцев от момента развития заболевания (0,4±0,3 года). Средний возраст больных составил 61,1±0,5 года. Все пациенты имели постинсультный гемипарез со снижением силы мышц до 2–3 баллов по шестибалльной шкале оценки, преимущественно в руке. Контрольную группу составили пять здоровых лиц сходного возраста.
Процедура реабилитации после инсульта с использованием экзоскелета кисти, управляемого ИМК, основанного на кинестетическом ВД, проводилась по ранее разработанному и описанному протоколу [7]. Проводилось 10 ежедневных занятий, каждое включало 3 сессии по 10 минут.
Исследование ЭЭГ осуществляли в день 0 до начала реабилитационных процедур и на 30-й день, через 2 недели после окончания курса занятий. Использовали электроэнцефалограф «Нейрон-Спектр 4/ВП» (Россия), схема расположения электродов «10–20», монополярные отведения, причем электроды C3 и C4 размещались в области первичной моторной коры, F3 и F4 – в области премоторной коры, FP1, FP2, F7, F8 – в префронтальной зоне, P3 и P4 – в области вторичных полей кинестетического анализатора [8–10]. До начала исследования пациента инструктировали о выполнении проб с ВД (воображение разгибания пальцев кисти). После проведения рутинного ЭЭГ-исследования пациенту звуковым сигналом отдавалась команда на ВД.
Анализ ЭЭГ включал первоначальную визуальную ее оценку в фоновой записи и при выполнении функциональных проб, оценку мощности ЭЭГ по показателю полной амплитуды спектра всей полосы пропускания (площадь под кривой) в мкВ2, отдельно спектров альфа- (8–14 Гц), бета- (14–35) и тета-диапазона (4–8 Гц). Использовали последовательные эпохи анализа ЭЭГ длительностью 1 секунда в процессе 10-секундного выполнения ментальной задачи воображения движения.
Статистический анализ проводили с применением программы StatPlus Pro 7.3.0. Анализировали мощность ритмов ЭЭГ в десятисекундном ряду последовательных односекундных эпох анализа. Оценку статистической значимости различий до и после реабилитации внутри групп проводили с помощью непараметрических критериев Вилкоксона и Манна–Уитни (различия между группами считались статистически значимыми при p<0,05).
Результаты
При обследовании 5 пациентов до курса нейрореабилитации фоновая ЭЭГ характеризовалась неспецифическими изменениями, наблюдаемыми при хронической цереброваскулярной патологии: диффузно преобладал тета-ритм, слабомодулированный альфа-ритм частотой 8–9 Гц преимущественно был представлен в затылочных отведениях. Индекс бета-ритма составил 4–6%. Дельта-ритм преобладал в передних лобных отведениях. Существенной межполушарной асимметрии отмечено не было. При пробе с открыванием глаз наблюдали снижение индекса альфа-ритма на 10–20%, не отмечалось восстановления после закрывания глаз, гипервентиляция не вызывала существенного изменения электрогенеза. У 5 здоровых испытуемых картина ЭЭГ находилась в пределах возрастной нормы.
При количественном анализе ЭЭГ у здоровых лиц отмечено резкое снижение мощности ЭЭГ по показателю полной амплитуды (площадь под кривой ЭЭГ в мкВ2) более чем вдвое, которое сохранялось в течение всего периода ВД. У обследованных пациентов с ишемическим инсультом в бассейне левой СМА и правосторонним гемипарезом до курса нейрореабилитации при ВД в сохранной руке выявлено, что с первой секунды ВД возникало постепенное снижение мощности, которое продолжалось до 4–5-й секунды, а далее сохранялось на пониженном уровне до окончания ВД. После курса реабилитации наблюдалось резкое повышение мощности в 1–2-ю секунды более чем вдвое, преимущественно за счет лобных отведений, затем ее постепенное снижение.
В контроле зарегистрировано резкое снижение мощности мю-ритма в отведениях С3 и С4 с 1-й секунды ВД (event-related desynchronization/ERD), на смену которой через 10 секунд наступала синхронизация, связанная с событием (event-related synchronization/ERS) (рис. I). У больных после ИИ исходно в отведении С4 зарегистрировано постепенное на протяжении 1–4-й секундах снижение мощности как проявление ERD, затем с 7-й секунды – ERS, сходные изменения регистрировались и в С4 (рис. А). После курса реабилитации (рис. В) в отведении С4 отмечено отсутствие четко выраженной ERD, в С3 – более четкое снижение мощности.
В заднелобных отведениях F3 и F4 у лиц контрольной группы на 1-й секунде отмечено симметричное снижение мощности альфа-ритма, менее устойчивое слева (рис. II). У пациентов после ИИ до реабилитации выявляно постепенное снижение мощности альфа-ритма вплоть до 5–6-й секунды, затем повышение, что напоминало изменения, отмеченные в отведениях С3 и С4 (рис. С). После курса реабилитации динамика мощности ЭЭГ также напоминала изменения в центральных отведениях (рис. D).
В передних лобных отведениях у здоровых лиц на 1-й секунде отмечено резкое снижение мощности альфа-ритма с последующим локальным повышением на 3–4-й секундах ВД в отведении FP2 (рис. III). У больных, перенесших ИИ, исходно отмечено постепенное снижение ПА в обоих полушариях к 4–6-й секундам (рис. Е).
После курса занятий на ИМКЭ выявлена динамика альфа-ритма, приближавшаяся к таковой у здоровых лиц, но несколько запаздывающая (рис. F).
В теменных отведениях у здоровых лиц регистрировалась динамика, сходная с той, что наблюдали и в центральных (рис. IV). У пациентов, перенесших ИИ, как до, так и после курса реабилитации картина изменения альфа-ритма существенно различалась. Исходно наблюдалось повышение мощности ЭЭГ в течение всего периода ВД (рис. G), после курса реабилитации – повышение мощности в Р4 в первые 1–5 секунд, более кратковременное – в Р3 (рис. Н).
Обсуждение
Билатеральная симметрия наряду с латерализацией функций в коре больших полушарий головного мозга служит основным принципом строения центральной нервной системы человека. Предполагают, что распределение различных нервных процессов по полушариям – естественное следствие развития сложных двигательных, перцептивных, когнитивных функций в ходе эволюции [11–13]. Повседневная деятельность человека предусматривает унимануальную и бимануальную моторную активность, причем эти действия требуют сбалансированного взаимодействия обоих полушарий головного мозга.
R.L. Sainburg и S.V. Duff [14] на основании асимметрии правой и левой рук в приобретении новых навыков здоровыми взрослыми сформулировали гипотезу динамического доминирования моторной латерализации. Эта гипотеза предполагает, что левое полушарие у правшей специализируется на выполнении произвольных двигательных актов в стабильных условиях окружающей среды, тогда как правое полушарие – на двигательные акты в меняющемся окружении. Эта гипотеза моторной латерализации согласуется с моделью латерализации мозга [15], согласно которой левое полушарие специализируется на контроле сложившихся моделей поведения в привычных условиях, в то время как правое полушарие предназначено для обнаружения и реагирования на неожиданные стимулы окружающей среды.
В соответствии с гипотезой о моторной латерализации одностороннее повреждение головного мозга пациентов с инсультом, затрагивающее сенсомоторные центры, должно вызывать двигательный дефицит в непаретичной ипсилезиональной руке, которая в современной клинической практике воспринимается как «здоровая». Это нашло практическое подтверждение; в частности, S.Y. Schaefer et al. [16] при обследовании больных инсультом выявили, что управление траекторией движения «здоровой» руки и контроль положения конечности в пространстве были латерализованы в левое и правое полушария соответственно. P.K. Mutha et al. [17], изучая движения ипсилезиональной руки пациентов с инсультом лобной и теменной локализаций, отметили, что при выполнении меняющихся заданий у пациентов с поражением правой лобной области выявлялась задержка инициации ответа, пациенты стремились завершить движение до первоначальной цели и инициировали новое действие после значительной задержки.
При левополушарных теменных очагах выявлялось нарушение точности действия, но по сравнению с другими группами больных они начинали новое действие прежде, чем исходное было завершено. Полученные данные свидетельствовали, что каждое полушарие вносит свой вклад в различные механизмы управления движениями обеих рук, а также в различные функциональные обязанности лобных и теменных отделов в организации движений.
Парадигма, связанная с событием синхронизации/десинхронизации, ERS/ERD, в последние годы привлекает внимание исследователей.
В частности, этот феномен в отношении мю-ритма активно используют для управления интерфейсом мозг–компьютер при решении двигательной задачи [7, 18].
Связанная с событием синхронизация/десинхронизация отражает кратковременное изменение биоэлектрической активности мозга в виде изменения мощности ЭЭГ в определенном частотном диапазоне во время выполнения задания по сравнению с мощностью в период, предшествовавший предъявлению задания. Синхронизация проявляется увеличением мощности ЭЭГ по сравнению с исходным уровнем, десинхронизация – уменьшением мощности. При этом считается, что десинхронизация, сопровождающаяся снижением мощности альфа-ритма ЭЭГ, отражает активную обработку сенсорной информации в зонах экстеро- или проприоцептивных анализаторов [Klimesch, 2012], синхронизация альфа-ритма (1-й тип синхронизации по W. Klimesch) в коре головного мозга возникает в условиях покоя и указывает на отсутствие обработки сенсорной информации. 2-й тип синхронизации локальный и отражает когнитивные процессы, обработку информации в нейронах определенной области коры головного мозга.
У больных, перенесших ИИ в бассейне левой СМА и имевших правосторонний гемипарез, при ВД в сохранной «здоровой» руке были выявлены явные изменения динамики ПА ЭЭГ по сравнению с результатами обследования здоровых – до курса реабилитации наблюдалось «запаздывание» снижения ПА с 1-й до 4–5-й секунд ВД, в то время как после курса реабилитации обнаружено неустойчивое снижение ПА в 1-ю секунду в обоих центральных и сходно – в заднелобных отведениях. Таким образом, после занятий на ИМКЭ были обнаружены хотя и измененные, неустойчивые, тем не менее сходные с происходящими у здоровых биоэлектрические феномены при ВД в ипсилезиональной «здоровой» руке.
Был отмечен феномен синхронизации 2-го типа по W. Klimesch у здоровых лиц в правых переднелобных отведениях, возможно, отражающий процессы контроля выполнения ВД.
Другой метод исследования активности мозга – функциональная магнитно-резонансная томография – также показывает, что в процессе курса реабилитации, основанной на ВД, активируется как поврежденное, так и сохранное полушария. В частности, показана активация дополнительной моторной коры – области, ответственной за управление бимануальными координациями [20].
Сравнительный анализ движений паретичной и сохранной рук, зарегистрированных до и после курса реабилитации, показывает, что улучшение двигательной функции – возрастание межсуставной координации и мышечных сил, приводящих сустав в движение, сильнее выражено для движений сохранной руки. Таким образом, не только активность сохранного полушария, но и биомеханические параметры движений сохранной руки служат индикатором нейропластических процессов, активирующихся в результате реабилитационных процедур.
Заключение
Таким образом, при сравнении динамики биоэлектрической активности головного мозга здоровых лиц при ВД в здоровой руке и пациентов, перенесших ишемичекий инульт, при ВД в ипсилезиональной руке было обнаружено значительное изменение динамики мю- и альфа-ритма в виде отсутствия или значительной редукции процесса десинхронизации в области первичной моторной коры и премоторной области. Данные нарушения, очевидно, являлись отражением нейропластической перестройки, происходившей в моторных областях обоих полушарий головного мозга.
Полученные данные позволяют предполагать, что исходно происходило замедление по сравнению с нормой формирования двигательного акта в «здоровой» руке, а затем после тренировок происходила активация префронтальных отделов обоих полушарий, что свидетельствовало о включении дополнительных областей в управление «здоровыми» конечностями. Эти данные демонстрируют необходимость не только занятий с паретичной рукой и бимануальных тренировок, но и занятий со «здоровой» рукой в процессе реабилитации больных пирамидным гемипарезом, а также подтверждают эффективность реабилитации с использованием ИМКЭ.
Источник финансирования. Иссле-дование поддержано грантом Рос-сийского фонда фундаментальных исследований № 19-015-00192.
