Институт физиологии НАН РБ выполняет проект по лечению травм мозга и инсультов с использованием стволовых клеток пациента
Исследователи прогнозируют прорыв в изучении деятельности головного мозга. На чем основана такая убежденность? Разделяют ли ее белорусские нейрофизиологи? Об этом – разговор с кандидатом биологических наук, специалистом в области экспериментальной нейрофизиологии, заведующей лабораторией нейрофизиологии Института физиологии Национальной академии наук Республики Беларусь Светланой Пашкевич.
Перспективы
– Светлана Георгиевна, почему в мире так активно занялись исследованием деятельности головного мозга?
– Сегодня совершенно очевидно: будущий научно-технологический прорыв возможен в первую очередь в таких направлениях, которые отличаются высокой коммерческой привлекательностью, нацелены на широкий рынок. Поэтому, в частности, предполагается резкое развитие технологий, направленных на коррекцию патологических процессов в организме человека, что позволит добиться не только радикального продления жизни, но и сохранения на долгие годы работоспособности и здоровья. Работы в этом направлении включают и создание робототехники, систем искусственного интеллекта.
По прогнозам, к 2060 году в мире будет доминировать научно-технический уклад, базирующийся на информационных технологиях, ориентированных на развитие интеллектуальных способностей человека.
Эти технологии позволят передавать информацию из мозга человека компьютерам, а от них сигналы будут направляться к исполнительным устройствам. Речь не идет о бездельнике, лежащем на печи и мечтающем о царевне и пирогах. Мы будем генерировать идеи, а сложные устройства, например, роботы, будут их реализовывать.
– Эти задачи актуальны и для белорусской науки?
– Как во всех развитых странах мира, в Беларуси проводятся исследования, связанные с изучением возможностей человеческого мозга. Передача сигналов между его клетками осуществляется на квантовом уровне, и для углубленного анализа этого процесса необходимо объединять усилия нейрофизиологов, биофизиков, биохимиков, молекулярных биологов, математиков. В этой работе следует учитывать и достижения нанобиотехнологии. В 2013 году в стране по инициативе ученых и при поддержке Президиума Национальной академии наук Беларуси создана Республиканская ассоциация наноиндустрии. Известно, что токсичность наночастиц ограничивает их широкое внедрение в клиническую практику. Однако исследования сотрудников лаборатории нейрофизиологии в рамках Государственной программы научных исследований «Фундаментальная и прикладная медицина и фармация» подтвердили гипотезу о том, что токсичность наночастиц целесообразно использовать для разрушения патологически измененных клеток и тканей. Особенно перспективен такой метод для борьбы с новообразованиями в мозге.
– Во всем мире активно идет разработка интерфейсов «Мозг – компьютер» (систем для обмена информацией между мозгом и электронным устройством. – Прим. ред.). А для нас это вопрос будущего или настоящего?
– Это одна из приоритетных задач, поскольку речь идет не просто о будущих технологиях, а об эффективном использовании интеллекта наших граждан. Решая ее, работники лаборатории нейрофизиологии сотрудничают со специалистами БГУ, Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси, БГУИР, Института физики НАН Беларуси. Создание таких интерфейсов открывает новые перспективы для более результативного раскрытия творческого потенциала мозга, создания инновационных поисковиков, повышения качества медобслуживания, реабилитации инвалидов, продления творческой жизнедеятельности. Собственно, открытие Государственной программы научных исследований «Конвергенция» (инициатор программы и один из ее руководителей – заместитель председателя Президиума, член-корреспондент НАН Беларуси Сергей Яковлевич Килин) и было продиктовано необходимостью разработки новых технологий исследователями разных специальностей.
– Возможно ли управлять силой мысли механическим роботом?
– Создание микрочипа (планарного сенсора) группой нейрофизиологов и биофизиков под руководством академика НАН Беларуси Сергея Черенкевича активизировало работы в этой области. На микрочипе уже можно формировать сеть нервных клеток, а следующий шаг – разработка способа передачи сигналов от клеток к датчикам сенсора и наоборот. И, кстати, в мире уже появились первые роботы, которыми человек управляет с помощью мысли.
Достижения и загадки
– Люди давно ждут, когда наука предложит средства борьбы с такими тяжелыми недугами, как болезни Паркинсона, Альцгеймера, хронические психические расстройства…
– Попытки выяснить причины заболеваний мозга, найти способы их лечения предпринимаются во всем мире. Поскольку подобные патологии на начальных этапах развиваются практически бессимптомно, их диагностика очень сложна, а профилактика затруднена.
Белорусские ученые, работающие в рамках программы «Конвергенция», предположили возможность коррекции некоторых нарушений при воздействии на нейроны головного мозга, которые отвечают за проверку эффективности выполнения его команд организмом.
Некоторые из этих нейронов содержат дофамин (один из нейромедиаторов, вырабатываемый в мозге) и реагируют на него. При экспериментальном изменении функций клеток мозга, вырабатывающих дофамин, у животных развивается нарушение координации движений. Такие сбои формировались как при блокаде нейронов с дофамином, так и при активации этих клеток мозга. Теперь ученым необходимо установить, в каких случаях целесообразно активировать лекарствами клетки, контролирующие движения, а в каких – тормозить их активность. Еще более сложные задачи предстоит решить, например, при изучении болезни Альцгеймера.
– Какие еще работы белорусских нейрофизиологов вы могли бы отметить?
– Сейчас наш институт совместно с РНПЦ неврологии и нейрохирургии Министерства здравоохранения приступает к выполнению нового проекта.
В его основе – лечение травм мозга и инсультов с использованием стволовых клеток самого пациента. Новизна в том, что стволовые клетки вводятся не в кровеносное русло или в поврежденный участок мозга, а проникают в мозг по отросткам черепно-мозговых нервов.
Методика становится доступнее и эффективнее.
А еще совместно с РНПЦ оториноларингологии Министерства здравоохранения нашими научными сотрудниками установлены новые причины остановок дыхания во сне, что позволяет более эффективно лечить пациентов.
Обнаружено, что при распространенной форме остановки дыхания (сопровождаемой храпом) задействованы механизмы в воздухоносных путях и мозге.
Теперь врачи целенаправленно лечат пациентов с учетом особенности работы как периферических, так и центральных механизмов дыхания.
Тренировки равновесия. Команда белорусских программистов и врачей придумала, как помочь людям, перенесшим инсульт, ЧМТ, страдающим церебральным параличом, рассеянным склерозом, болезнью Паркинсона и другими заболеваниями равновесия
В Минске пациентам с неврологическими заболеваниями помогают с помощью VR-технологий. Виртуальную реальность (VR) уже давно пытаются использовать на благо человека. Более того, ей прогнозируют в этом вопросе успешное будущее. В медицине VR активно используют в США и Израиле. Ноу-хау разрабатывают и у нас. Команда минского проекта VRHealth — а это и IT-специалисты, и врачи — создала инновационный комплекс программно-методических средств, которые помогут в реабилитации пациентов с использованием современных VR-технологий. Корреспондент «Р» испытала на себе разработку.
Гляди в оба
Еще недавно очки виртуальной реальности покупали геймеры, чтобы окунуться с головой в компьютерные игры, а уже сейчас их применяют в психиатрии и офтальмологии для успешной реабилитации пациентов. У нас же команда программистов, инженеров, дизайнеров и врачей придумала, как помочь людям, перенесшим инсульт, ЧМТ, страдающим церебральным параличом, рассеянным склерозом, болезнью Паркинсона и другими заболеваниями равновесия. К слову, их подход будет полезен и спортсменам для улучшения функций равновесия в различных видах спорта и экстремальных условиях.
Чтобы увидеть новую методику улучшения функций равновесия, мы встретились с соавторами проекта VRHealth Михаилом Юрченко и Никитой Сушей, а также кандидатом медицинских наук, врачом-неврологом и специалистом по диагностике и лечению вестибулярной дисфункции Ириной Марьенко. Что нам для апробирования нужно? Ноутбук, на котором установлена их программа реабилитации, два контроллера из комплекта шлема VR. И, конечно, шлем виртуальной реальности.
Михаил Юрченко и его партнер Никита Суша занимаются созданием различных активностей в виртуальной реальности. При изучении зарубежных материалов на эту тему поняли, что хотели бы призвать технологии на помощь людям. В то же время и Ирина Марьенко, специалист в области неврологии, искала партнеров, с которыми можно было бы создать доступную и удобную реабилитацию для пациентов. Воля случая, и они познакомились.
— Учитывая опыт работы с пациентами, у которых нарушена функция равновесия, мы столкнулись с тем, что предложения по реабилитации, увы, ограничены, — объясняет Ирина Марьенко. — Они представлены единичными средствами. Так, у нас используются механические тренажеры и аппаратно-программные комплексы с биологической обратной связью для восстановления равновесия российского производства. Последние довольно дорогие и требуют присутствия врача и наличия специальных помещений.
Отсутствие инструмента для продолжения восстановления функции равновесия дома послужило для команды отправной точкой в постановке задачи по созданию доступного метода восстановления равновесия для пациентов.
Новый метод
Поставили цель летом 2017 года и отправились на хакатон социальных проектов Social Weekend, где в короткие сроки смогли разработать первый прототип и методику тренировки равновесия человека с использованием VR. Причем все это решили подавать пациенту в игровой форме, чтобы он не чувствовал себя больным, а увлекался своей терапией. Так, в виртуальной реальности он может управлять объектами, перемещая просто свое туловище. И что же? После стартап прошел в основной конкурс Social Weekend и взял на нем Гран-при. Постепенно метод тренировки стал развиваться в полноценную платформу. Не так давно команда победила в республиканском конкурсе предпринимательских идей бизнес-школы ИПМ, став лучшим инновационным проектом страны.
— Чтобы воспользоваться нашим решением, человеку, которому необходима реабилитация, нужно приобрести шлем виртуальной реальности Oculus Rift или HTC Vive, он стоит около 800—1200 рублей в магазинах техники. Чтобы вы представляли: аппаратно-программный комплекс российского производства стоит от 24 000 рублей. Наш метод работает комфортнее — человек трудится сам под контролем медика, который сможет в дальнейшем удаленно просмотреть в программе результаты пациента, — Михаил Юрченко дает мне шлем, чтобы начать испытания новинки.
Вся реабилитация построена на микроиграх, где человек управляет разными персонажами, как бы ассоциируя себя с ними, направляя их в ходе игры своим телом.
— Мозг пациента воспринимает действия в игре как правильные положения, и со временем он запоминает, как двигаться, твердо стоять на ногах, — пока Михаил и Никита устанавливают контроллеры шлема, Ирина растолковывает мне метод. — Соответственно, проходя разные уровни сложности игр хотя бы пару раз в неделю, человек учится управлять своим телом, понимает, где у него баланс и как его поддерживать. Такие тренировки позволят человеку самостоятельно выходить из дома, социализироваться, заниматься полезными делами и сохранять свою двигательную активность.
А тем временем все готово. Выбран персонаж — сейчас я буду управлять пингвином на льдинке, с которой нельзя падать.
Не так уж и хорошо управляла пингвином и другими персонажами в разных игровых локациях. Но это же тренируется! И игра поспособствует улучшению моего баланса и устойчивости.
Наше ноу-хау
— Сегодня первое место в инвалидизации граждан нашей страны занимают онкозаболевания, второе — сердечно-сосудистые, а третье — неврологические. Среди детского населения первое место по инвалидизации у неврологических заболеваний. Поэтому заниматься развитием современных методов помощи нам необходимо, — подчеркивает Ирина Марьенко. — Но наша платформа — это не непосредственно лечение, а важное дополнение к той терапии, что есть.
— До нас в стране никто не использовал VR в восстановлении функций равновесия. Это наше ноу-хау, — добавляет Михаил Юрченко. — Поэтому наш метод и является самым крупным камнем в фундаменте по построению всей платформы, которая будет постоянно дополняться и совершенствоваться.
Когда все это будет доступно — вопрос времени. Стартап VRHealth уже перерос платформу: команда планирует продолжить совместную научно-исследовательскую работу с учреждениями здравоохранения, а также с представительствами спортивных организаций. Все это нужно для того, чтобы получить задокументированные, доказанные результаты о методе. Только на основании исследовательских отчетов команда сможет говорить о разработке инструкции на метод, позиционировании себя в медцентрах. Для прохождения регистрации метода также нужны средства. Поэтому сейчас выстраивается бизнес-модель всего проекта для привлечения инвесторов, готовых развивать такую важную социальную платформу.
