В НИУ ВШЭ исследовали, как трансспинальная стимуляция влияет на движения человека
Команда Центра нейроэкономики и когнитивных исследований протестировала более 80 человек, чтобы выяснить, как трансспинальная стимуляция постоянным током влияет на координацию движений. В то время как при силе тока 1,5 мА моторный ответ мышцы возрастал, дальнейшее увеличение силы тока до 2,5 мА не вызывало усиления эффекта. Полученные в результате исследования данные помогут в разработке более оптимальных протоколов абилитации и реабилитации пациентов с нарушениями опорно-двигательной системы. Результаты исследования опубликованы в журнале Genes and cells.
Ученых по всему миру интересует возможность улучшить работу мозга: повлиять на процессы, связанные с вниманием, памятью и другими когнитивными функциями. Также перспективными представляются методики коррекции двигательных навыков человека, например для достижения лучших спортивных результатов или восстановления после травм.
Для этих задач можно использовать многообещающий метод неинвазивной (без хирургического вмешательства) электрической стимуляции головного мозга. Наиболее простая версия такой стимуляции — транскраниальная электрическая стимуляция (ТЭС). ТЭС активно исследуют, однако данные об ее эффективности неоднозначны, что не дает возможности широко использовать эту технологию. Так происходит потому, что точно неизвестно, где лучше располагать электроды для стимуляции (монтаж электродов), какой ток через них пропускать (постоянный, переменный, импульсный) и с какой интенсивностью (протокол стимуляции).
Сейчас ученым известно, какие монтажи и протоколы лучше применять для коррекции когнитивных функций: внимания, памяти, речи и т.д. При этом до сих пор нет единого понимания, как корректировать с помощью ТЭС моторную функцию. Исследователи считают, что для коррекции можно стимулировать не только головной, но и спинной мозг, так как моторная система, в отличие от других, локализуется не только на уровне головного мозга. Мотонейроны спинного мозга контролируют активность мышц, поэтому трансспинальная стимуляция спинного мозга (ТССМ) может повлиять на чувствительную часть двигательной системы и скорректировать двигательные навыки человека. Это может помочь при восстановлении людей с болезнями опорно-двигательной системы, в том числе с такими тяжелыми заболеваниями, как артрогрипоз и акушерский парез Дюшена — Эрба.
Изучение влияния электрических стимуляций на спинной мозг осложнено тем, что большинство исследований сконцентрировано на восстановлении у людей хождения, потому что наиболее распространенное последствие поражения спинного мозга — нарушение локомоции. Ученых НИУ ВШЭ заинтересовало в первую очередь влияние трансспинальной стимуляции на произвольные движения рук. Такие движения выполняются сознательно и требуют высокой координации мышц, например когда человек поднимает руку, чтобы задать вопрос, пишет на бумаге или играет на музыкальном инструменте. При заболеваниях опорно-двигательной системы выполнение таких действий осложнено или невозможно. Одной из причин таких моторных дисфункций может быть нарушение функций кортико-спинальной системы, регулирующей движения и связывающей кору головного мозга со спинным мозгом.
Существует ряд исследований, в которых ученые разрабатывают и тестируют протоколы влияния на опорно-двигательную систему с использованием электрической стимуляции. Эффективность ТССМ зависит от многих факторов: полярность тока (анодная и катодная), положение электродов и силы тока. При этом ее интенсивность и продолжительность варьируется от 1,5 до 5,0 мА в течение 10–30 минут. Чтобы повлиять на движения человека посредством трансспинальной стимуляции, команда Центра нейроэкономики и когнитивных исследований разработала протоколы ТССМ и новый способ расположения электродов.
Ученые проверили, может ли усиление интенсивности стимуляции способствовать увеличению ожидаемых эффектов функции проводимости и, как следствие, амплитуды движения. Для эксперимента использовался ток небольшой силы — 1,5 мА и 2,5 мА, анодный электрод устанавливали на уровне шейного утолщения спинного мозга, а катодный — на ключицу. Исследование состояло из четырех этапов, в нем участвовал 81 здоровый испытуемый.
![](/mirror/pubs/share/direct/943293343.png)
На первом этапе исследователи искали «горячую точку» — участок, где происходит наибольший ответ мышцы на транскраниальную магнитную стимуляцию моторной коры в головном мозге. Затем ученые записывали вызванные моторные ответы — реакцию мышцы на активацию центральных моторных проводящих путей. На третьем этапе в течение 11 минут проводилась трансспинальная стимуляция постоянным током, после чего повторно записывались моторные вызванные потенциалы — сразу после стимуляции и с интервалом в 15 минут.
Участников исследования поделили на три группы. Для первой группы использовали стимуляцию с силой тока 1,5 мА, для второй — 2,5 мА, для третьей — плацебо-стимуляцию без воздействия током. Во время стимуляции испытуемые прошли два моторных теста. Первый — на ловкость пальцев кисти руки, когда нужно было как можно быстрее поместить 9 колышков в отверстия. Во втором тесте испытуемые нажимали на подсвечиваемую клавишу на экране, и с каждым разом время, отведенное на нажатие, уменьшалось. На следующий день двигательные тесты также повторялись без стимуляции.
Результаты показали, что стимуляция влияет на возбудимость кортико-спинальной системы при токе 1,5 мА. Сразу после стимуляции амплитуда моторного ответа снижалась, но через 15 минут после стимуляции увеличивалась снова. Увеличение интенсивности стимуляции до 2,5 мА влияния не оказывало. Это согласуется с исследованиями, в которых увеличение силы тока также не приводило к улучшению результатов.
Интересно, что стимуляция и при более, и при менее высокой интенсивности тока не влияла на улучшение двигательных навыков, так как эффективность выполнения испытуемыми моторных тестов не изменялась.
Анна Шестакова
«Моторные тесты оказались недостаточно чувствительными в случае здоровых испытуемых, однако их двигательная система изначально работает довольно эффективно, поэтому и улучшить показатели сложнее, — отмечает автор статьи, директор Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ Анна Шестакова. — Но при ре-/абилитации пациентов с нарушениями подвижности верхних конечностей, например со сложными моторными расстройствами, уже больший шанс получить значимый эффект при аналогичных подходах».
Алена Гранкина
«Наши данные подтверждают вывод о том, что трансспинальная стимуляция вызывает изменения в возбудимости кортико-спинальной системы. При этом увеличение интенсивности стимуляции не приводит к увеличению вызванных моторных ответов, — рассказывает стажер-исследователь Центра нейроэкономики и когнитивных исследований Алена Гранкина. — Мы планируем развивать исследования с применением трансспинальной стимуляции током 1,5 мА, улучшать протоколы и добавлять новые, усложняя постепенно и предлагая новые моторные тесты».
Работа выполнена в рамках стратегического проекта НИУ ВШЭ «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде».
Работа выполнена в рамках стратегического проекта НИУ ВШЭ «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде».
© Попыванова А.В., Помелова Е.Д., Бредихин Д.О., Корякина М.М., Шестакова А.Н., Благовещенский Е.Д. Интенсивность транс-спинальной стимуляции постоянным током влияет на возбудимость кортикоспинальной системы // Гены и Клетки. 2023. Т. 18. №4. C. 389-396. doi: 10.23868/gc551818
Вам также может быть интересно:
Заглянуть в будущее: как вышкинцы изучают меняющийся мир
Молодые ученые Вышки представили свои исследовательские проекты, ставшие победителями конкурса стратпроекта «Национальный центр научно-технологического и социально-экономического прогнозирования». Они будут строить прогнозы финансовых показателей российских компаний и развития вторичных санкций, просчитывать размер инвестиций в системы теплоснабжения, изучать причины готовности населения к благотворительности, учиться применять новые методы форсайта, а также изучать возможности использования методов научной фантастики.
Перспективы исследований и возможности для сотрудничества: в НИУ ВШЭ обсудили развитие стратегических проектов
26 и 27 июня в Вышке на Покровке состоялось обсуждение возможностей партнерства исследовательских команд университета со стратегическими проектами НИУ ВШЭ в рамках программы «Приоритет-2030». В ходе двухдневной сессии руководители стратегических проектов представили основные направления реализуемых исследований, ключевые достигнутые результаты и свое видение вовлечения новых исследователей.
Отслеживать тренды и принимать взвешенные решения поможет новый аналитический продукт ВШЭ
Высшая школа экономики (НИУ ВШЭ) запускает новый аналитический продукт — серию ежеквартальных информационных бюллетеней. Их цель — помочь бизнесу принимать стратегические и инвестиционные решения. Первый выпуск посвящен тенденциям развития России в январе — мае этого года в разрезе ключевых направлений экономики и социальной сферы. Информационные бюллетени выпускаются в рамках Стратегического проекта «Национальный центр научно-технологического и социально-экономического прогнозирования», реализуемого по программе «Приоритет-2030».
В НИУ ВШЭ состоялась первая конференция «Искусственный интеллект в медиа»
В работе форума приняли участие представители бизнеса, коммуникационных агентств, медиа, а также эксперты Вышки. Они обсудили то, как ИИ изменит креативные индустрии и повлияет на личный бренд и может ли искусственный интеллект помочь бизнесу лучше понять своего клиента. Стоит отметить, что прошедшая конференция — первая из серии запланированных мероприятий для профессионалов медиарынка и коммуникаций.
В Вышке стартует конкурс компетенций в области ИИ и машинного обучения
Дирекция программы развития НИУ ВШЭ объявляет о проведении конкурса компетенций в интересах развития исследований в области искусственного интеллекта и машинного обучения. Заявки принимаются до 2 мая 2024 года.
Исследование, проведенное в рамках стратегического проекта НИУ ВШЭ, позволило запустить программу ДПО
Ученые Вышки изучают факторы, влияющие на школьную неуспешность. Эта работа легла в основу программы ДПО «Преодоление образовательной неуспешности на основе доказательного подхода». Структура программы оптимально сочетает теоретические основы раскрытия темы «Доказательный подход в образовании» с практическими способами и примерами приложения предложенных методик. В 2023 году обучение было реализовано в пилотном режиме на безвозмездной основе, его прошли 60 слушателей из 14 регионов России.
Женщины и предприниматели — самые инициативные и оптимистичные россияне
Россияне, которые проявляют инициативу в разных сферах своей жизни — как в семье и с друзьями, так и на рынке труда, — оптимистичнее в отношении как личного благополучия, так и будущего своей страны. Такой вывод делается в научно-исследовательской работе «Практики использования инструментов усовершенствования личности», выполненной в рамках стратегического проекта НИУ ВШЭ «Успех и самостоятельность человека в меняющемся мире» программы «Приоритет-2030». В рамках нее с 30 октября по 9 ноября 2023 года был проведен опрос населения России в возрасте от 18 лет.
Как стать успешным и сохранить благополучие: в Вышке рассказали о технологиях укрепления человека
Современный мир предоставляет множество возможностей для развития и самосовершенствования личности, в том числе через повышение качества образования, условий труда, применение цифровых технологий. Успешность современного человека во многом определяется умением самостоятельно использовать этот инструментарий. Однако далеко не всегда люди знают о наличии таких возможностей и не всегда мотивированы их применять.
Победителем КИвО-2023 стал проект «Ассистент учителя», в котором используется ИИ
В Институте образования НИУ ВШЭ состоялся финал Конкурса инноваций в образовании, который был придуман 10 лет назад и сегодня проводится в рамках стратегического проекта университета «Успех и самостоятельность человека в меняющемся мире». Победителем конкурса стал проект «Ассистент учителя», разработанный компанией «СберОбразование» с применением технологий искусственного интеллекта. Команда проекта примет участие в совместном исследовании с Институтом образования.
Вопреки санкциям: почему растет оборот российской ИТ-отрасли
Оборот ИТ-компаний в России вырос в 2022 году относительно 2021 года на 22%, хотя в течение года и наблюдалось некоторое замедление динамики. Объем инвестиций крупных и средних организаций в ПО (включая покупку лицензий, заказную разработку ИТ-систем), характеризующий спрос бизнеса и госсектора, также увеличился более чем на треть за 2022 год. Об этом свидетельствуют данные исследования, проведенного ИСИЭЗ НИУ ВШЭ.