Профессор М.В. Зуева (руководитель отдела клинической физиологии зрения ФГБУ «НМИЦ глазных болезней им. Гельмгольца» Минздрава России, Москва) от группы авторов сделала доклад на тему «Виртуальная реальность в зрительной реабилитации». Удлинение продолжительности жизни и общее старение популяции приводит к увеличению распространенности связанных с возрастом заболеваний, включая возрастные заболевания зрительной системы. Как следствие возрастает актуальность разработки эффективных методов зрительной реабилитации для повышения качества жизни слабовидящих пациентов.
В современных технологиях зрительной реабилитации и нейрореабилитации слабовидящих пациентов используется принцип нейропластичности. Нейропластичность относится к способности мозга перестраиваться в процессе опыта, создавая новые нейроны и новые связи между нейронами, т.е. ремоделировать нейронные сети, в том числе, для обеспечения максимального функционирования сетчатки и максимальной сохранности зрительных функций.
Однако при заболеваниях, связанных со старением, снижается потенциал нейропластичности. Это вызывает значительный интерес к методам нейрореабилитации, основанные на активации нейропластичности.
Сегодня существует множество методов в области нейрореабилитации, использующие дополненную или виртуальную реальность. Иммерсивными технологиями называют технологии с полным или частичным погружением в виртуальный мир. Виртуальная реальность (VR) – полностью смоделированная реальность с применением современных технологий. Дополненная или добавленная реальность (AR) – технология, при которой в объективную реальность включаются элементы виртуальной. Смешанная реальность – комбинация VR и AR; расширенная реальность – общий термин для AR и VR.
Основными областями применения виртуальной и дополненной реальности являются визуализация и помощь в анализе научных и экспериментальных данных, симуляционное обучение в медицине, планирование операций, создание интерфейсов для образования и телемедицины. Компьютерные игры, адаптированные для медицинских целей, получили название «серьезных игр» («serious games» – SG). Главной особенностью SG является способность привлекать игроков на когнитивном, физическом, перцептивном уровнях и мотивировать их на повторение игрового процесса. Если для стимуляции когнитивной функции компьютерные игры виртуальной реальности давно и широко применяются, то VR нашла применение в секторе нейрореабилитации сравнительно недавно. Главный принцип нейропластичности состоит в том, что чем чаще при повторяющихся воздействиях стимулируется взаимосвязь нейронов, тем крепче становится эта взаимосвязь. Согласно теории Хебба, синаптическая эффективность повышается в результате повторяющейся стимуляции пресинаптической клеткой постсинаптического нейрона по принципу «Клетки, которые активируются вместе, соединяются вместе» — «Cells that fire together, wire together».
Поскольку синхронная активация в нейронных популяциях приводит к усилению синаптической силы между нейронами, составляющими эти популяции, технологии VR с интенсивными и повторяющимися тренировками могут использоваться в качестве реабилитационного инструмента для стимуляции мозга и для запуска механизмов нейропластичности. В многочисленных исследованиях показано, что лечение на основе VR вызывает корковую реорганизацию и способствует активации различных нейронных связей, что, в свою очередь, приводит к улучшению некоторых двигательных и функциональных навыков. Опыт изучения нейрореабилитации при нарушениях локомоторной активности показал, что во время движения человека контроль баланса тела требует мультисенсорной интеграции зрительных, соматомоторных и вестибулярных сигналов, при этом наибольший вклад принадлежит зрительной информации, при этом не только зрительная стимуляция крайне важна для локомоторной реабилитации, но и мультисенсорная моторная интеграция может быть полезна для достижения наилучшего результата зрительной реабилитации. Это используется в разработке новых методов реабилитации.
Клиническому применению VR помогают инновационные интерфейсы «мозг-компьютер» (МКИ), называемые также нейрональными интерфейсами или нейроадаптивными технологиями. МКИ позволяют напрямую (по принципу биологической обратной связи) подключаться к электрической активности, генерируемой корой головного мозга, для точного произвольного управления подключенными роботизированными устройствами, помогая людям преодолеть биологические ограничения тела. Технологии используют данные регистрации активности мозга различными способами, такими как электроэнцефалограмма, магнтиоэнцефалограмма и т.д. В настоящее время лидирующими областями, в которых применяется нейрональный интерфейс, являются медицина, развлечения, саморазвитие. Автор привела пример применения нейроинтерфейса для нейрореабилитации после инсульта: биопотенциалы, связанные с попытками движения парализованной руки и пальцев, переводятся в он-лайн обратную связь и помогают этому движению.
В офтальмологии нейрональные интерфейсы в настоящее время не применяются, более того, лишь в немногих исследованиях оценивались возможности технологии виртуальной реальности для зрительной реабилитации. Однако, отметила профессор М.В. Зуева, в этих исследованиях показано, что имеется тесная взаимосвязь между практикой «серьезной игры» VR и улучшением зрительного восприятия, в частности периферического зрения, контрастной чувствительности.
Имеются сообщения, что сенситивная тренировка с помощью видеоигр на основе VR может улучшить зрительные способности у детей, страдающих амблиопией; показано возрастание объема серого вещества в дорсолатеральной префронтальной коре и других областях мозга и улучшение ряда когнитивных функций. Колме того, полагают, что применение тренировок VR может устранить одну из основных причин неэффективности лечения амблиопии – плохой приверженности пациентов к окклюзии.
Сегодня предложена программа комбинированных, персептивных и дихоптических тренировок, состоящих в просмотре отдельного и независимого поля каждым глазом с повышенной стимуляцией амблиопичного глаза. В частности, 9 часов просмотра дихоптических фильмов в течение 2 недель приводили к улучшению остроты зрения на 1–4 строки у детей с амблиопией в возрасте от 4 до 10 лет. Для сравнения отмечалось, что требуется 120 часов лечения окклюзией для достижения улучшения остроты зрения на 1 строку у детей с амблиопией, которые уже лечились очками в течение периода более 12–16 недель. Полагают, что зрительные тренировки в динамике различных «серьезных игр» VR могут приводить к клиническому улучшению при миопии, пресбиопии, ВМД. В частности, сообщалось, что тренировки бинокулярного зрения на основе VR способствуют профилактике близорукости, уменьшают зрительное утомление, тренируют цилиарную мышцу. Зрительная реабилитация больных ВМД в основном сосредоточена на задачах скорости чтения и различительной способности зрительной системы. Однако потеря зрения, помимо трудностей с чтением, негативно влияет на всю повседневную деятельность человека, а повышение автономии человека и воспринимаемого им качества жизни являются равнозначными факторами в любой успешной программе реабилитации.
Пациента можно научить максимально использовать свое остаточное зрение и изучать новые методы визуального исследования, имитируя реальные ситуации в виртуальной реальности. По мере того как пациенту становится комфортно ориентироваться в относительно простых смоделированных средах, например, игра в покупки в виртуальном супермаркете, он постепенно переходит ко все более сложным сценариям, например, к виртуальным городским улицам с движущимися пешеходами и транспортными средствами, а затем переносит навыки, полученные навыки в безопасных условиях видеоигры, в реальную жизнь.
Упражнения на основе VR повышают физическую самостоятельность и улучшают качество жизни для тех, кто потерял зрение, помогая пациенту приспособиться и наилучшим образом использовать оставшиеся зрительные функции.
Отмечают четыре ключевых фактора, объясняющих перспективность применения VR для зрительной реабилитации: повторение (курсовое применение), обратную сенсорную связь, мотивацию и индивидуализацию. Поскольку нейропластичность зависит от частого использования обучаемых нейронных сетей по принципу «Use it or lose it» – «используй или потеряй», повторяющиеся тренировки имеют решающее значение для усиления функциональных изменений в схемах нейронных соединений. Исследования показали, что максимальное развитие нейронных сетей может быть достигнуто только при активации разных каналов, поэтому мультисенсорная стимуляция считается важным компонентом для реструктуризации мозга и восстановления после травм и болезней.
Личная заинтересованность, мотивация пользователя благоприятствует механизму нейропластичности и повышается путем сосредоточенного внимания на различных видах деятельности, которые делают терапию приятной и привлекательной для пациента.
Индивидуализация состоит в том, что VR терапия может быть адаптирована к каждому пациенту путем изменения параметров стимулов и окружающей 3D среды.
Проведенный в 2022 году метаанализ подтвердил, что применение дополненной и виртуальной реальности повышает терапевтические эффекты реабилитации.
Однако до настоящего времени технологии расширенной реальности по-прежнему сосредоточены в основном на стратегии компенсации и субституции, но не реституции, т.е. восстановлении нарушенных нейронных связей.
Остаются актуальными институционные стратегии виртуальной реальности, программы зрительных тренировок, которые будут направлены на активацию нейропластичности, на восстановление нарушенных нейронных сетей и зрительных функций, которые они обеспечивают.
С учетом этого в НМИЦ глазных болезней им. Гельмгольца разработана технология для зрительной реабилитации пациентов, слабовидящих вследствие нейродегенеративных заболеваний сетчатки, ‒ объемная, комбинированная фрактальная фототерапия с использованием стереоскопического дисплея. По данному методу на стереоскопический наголовный дисплей предъявляются фрактальные оптические сигналы в качестве мелькающего фона в виртуальном мире, формат которого выбирается в библиотеке контента. Параметры фрактальной стимуляции генерируются компьютером согласно функции Вейерштрасса.
В заключение профессор М.В. Зуева отметила, что технологии VR, совмещенные с фотостимуляцией и использующие фрактальную временную организацию световых сигналов, могут быть особенно полезны в зрительной реабилитации пациентов с заболеваниями, связанными с нарушением структуры нейронных сетей и вовлекающими дисфункцию ганглиозных клеток сетчатки, такими как глаукома, ВМД и другие патологии. Однако требуется более тщательная оценка результатов и проведение дополнительных исследований с бóльшим объемом выборки и с применением объективных методов доказательной медицины.
(продолжение в следующем номере газеты)
Материал подготовил Сергей Тумар
Фото предоставлены оргкомитетом