На чтение: ≈ 8 мин.Специалисты Балтийского федерального университета имени И.Канта совместно с коллегами из Университета Иннополис и Саратовского государственного университета разработали новый математический метод обработки данных о состоянии головного мозга. Исследование проводится в рамках стратегического проекта «Когнитивное долголетие» при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» (национальный проект «Наука и университеты»).
Увы, количество когнитивных нарушений, таких как склероз, деменция, эпилепсия, болезнь Альцгеймера, в последнее время только растет. Причем симптомы «молодеют», возможно, это связано с пандемией коронавируса. Есть также мнение, что на работу мозга влияют экология, питание, стрессы и другие факторы. Если раньше явные «проблемы с головой» возникали у людей, как правило, ближе к 80 годам, то сегодня это наблюдается у 50-60‑летних и даже у тех, кому еще только за 40.
Обычно с возрастом ситуация только ухудшается. И если не начать лечение на ранней стадии (да и то можно лишь приостановить процесс дегенерации нейронов, а не обратить его вспять), через несколько лет человек больше не сможет вести полноценный образ жизни, а в худшем случае превратится в беспомощного инвалида, неспособного жить самостоятельно.
К сожалению, большинство людей обращаются к специалистам не тогда, когда у них возникает легкая забывчивость, а когда уже слишком поздно: нарушения мозговой деятельности становятся явными. Чаще всего пациентов приводят на прием родственники, так как они сами уже не могут критически оценивать свое состояние.
Традиционно мозг исследуют с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Но, чтобы поставить точный диагноз в случае когнитивных нарушений, требуется еще и проводить тестирование пациентов. Например, они должны параллельно со снятием энцефалограммы отвечать на вопросы или совершать какие-то действия по просьбе операторов. Между тем для людей пожилого возраста (а именно они чаще всего обращаются с неврологическими проблемами) такие испытания могут быть весьма утомительны и затруднительны. Человек может не понимать, чего от него хотят, или физически уставать. К тому же вспомним, что мозговая деятельность уже нарушена.
Новая разработка российских ученых представляет собой подход к обработке показателей ЭЭГ, позволяющий проводить точную диагностику, даже имея в своем распоряжении небольшой объем данных. Это одна из вариаций так называемого вейвлет-анализа – математического метода, посредством которого изучаются различные частотные компоненты данных во временном распределении.
«Вейвлет-анализ – мощное средство диагностики поведения живых систем, включая мозг человека, требующий, однако, довольно большого массива данных, то есть длительных разнообразных тестов, – рассказал руководитель лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Университета Иннополис, главный научный сотрудник Балтийского центра нейротехнологий и искусственного интеллекта Александр Храмов. – В медицине же часто необходимо соблюдать ограничения на нагрузку пациентов, особенно когда мы имеем дело с пожилыми людьми».
Исследователи сформировали две группы добровольцев: молодого и пожилого возраста. Всем им предложили задания на мелкую моторику. В процессе выполнения задач ученые регистрировали мозговую активность при помощи ЭЭГ. Получив данные, они смогли затем усовершенствовать алгоритм их обработки так, чтобы можно было достигать более эффективных результатов при меньшей степени нагрузки на испытуемых. «Мы предложили использовать новый метод – кумулянтный анализ в вейвлет-пространстве, – прокомментировал Храмов. – Для диагностики мы используем параметры двумерных распределений высокого порядка, асимметрию и эксцесс. Анализ ограниченных данных новым методом повысил точность и детализацию описания процессов старения в нейронах головного мозга, связанных с моторной функцией».
Понятно, что вся эта терминология воспринимается непосвященными читателями с трудом, но авторы исследования надеются, что полученные данные, свидетельствующие о возрастной динамике изменений нейронов головного мозга, могут также служить маркерами ряда неврологических заболеваний. Далее ученые планируют разработать методику ранней диагностики нейродегенеративных заболеваний у людей преклонного возраста с использованием простых тестов. Другими словами, без тестов все-таки не обойтись, но проходить их пациентам в рамках новой методики будет гораздо легче.
Еще один новаторский метод изучения мозга изобрели сотрудники Института прикладной физики твердого тела Фраунгофера (Германия) и их коллеги из Мельбурнского королевского технологического института (Австралия). Собственно, это не метод, а прибор – датчик на основе алмазов, работающий на лазерном излучении. Информация об этом появилась в журнале Science Advances. Суть в том, что квантовые дефекты в структуре кристалла (так называемые NV-центры), которые формируются при нарушении строения кристаллической решетки, применяются для обнаружения магнитного поля, которое в свою очередь является инструментом изучения мозга.
Новая технология позволяет зафиксировать магнитное излучение в десять раз точнее, чем предыдущие. Как и в случае с российской методикой, она предназначена для улучшения картирования мозговой активности, что позволит в том числе диагностировать патологии мозга на ранних этапах заболевания. Преимущество технологии также в том, что такие датчики довольно компактны по сравнению с традиционными устройствами для магнитоэнцефалографии. Предполагается, что в дальнейшем они станут еще более миниатюрными.
Ида ШАХОВСКАЯ
Выбор читателей
Комментарии