ОБЗОР ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ В ДВИГАТЕЛЬНОЙ И КОГНИТИВНОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ БОЛЬНЫХ ПОСЛЕ ЦЕРЕБРАЛЬНОГО ИНСУЛЬТА
Введение. В настоящее время инсульт является одной из основных причин смерти и инвалидности и был описан как одна из ведущих причин смертности во всем мире. Острым вопросом является процесс реабилитации и последующее возвращение пациента к прежней жизни. В связи с этим, актуален поиск новых подходов к восстановлению утраченных двигательных и когнитивных функций. Благодаря трем ключевым элементам, необходимым для тренировки моторных функций (повторение стимуляции, сенсорная обратная связь, мотивация пациентов) ВР создает возможность более эффективно оттачивать двигательные навыки именно в том контексте, в котором они должны применяться в жизни. Еще одним аспектом тренировочных сессий в ВР является восстановление таких когнитивных функций, как восприятие, память, внимание, речь и мышление.
Цель исследования: анализ публикаций, посвященных технологии виртуальной реальности и оценки эффективности ее применения с помощью методов нейровизуализации в реабилитации инсульта.
Стратегия поиска. Поиск источников был проведен в таких базах данных, как PubMed, Cochrane Library. Глубина поиска составила 20 лет. Были использованы три источника литературы, датированные 1979, 1981 и 1992 годом, поскольку они содержат важную концептуальную информацию. Критерии включения: обзоры литературы, оригинальные статьи, мета-анализы; публикации в открытом доступе и с полным текстом на английском и русском языках. Критерии исключения: публикации низкого методологического качества, материалы конференций. В данный обзор были включены 56 публикаций.
Результаты. Использование современных методов нейровизуализации и ЭЭГ для оценки эффективности занятий в системах виртуальной реальности может позволить выстроить реабилитационные программы для восстановления двигательной и когнитивной сфер больных после церебрального инсульта.
Выводы. Сочетание технологий, опосредованных вмешательствами на основе виртуальной реальности, может влиять на результаты моторно-когнитивной реабилитации и коррекции эмоциональной сферы на всех этапах восстановления и иметь последующее отражение в обычной жизни пациента.
Леонид В. Климов1, https://orcid.org/0000-0003-1314-3388
Марина А. Шурупова*1,2,3, https://orcid.org/0000-0003-2214-3187
Алина Д. Айзенштейн1, https://orcid.org/0000-0001-7442-0903
Алекандра К. Трофимова1, https://orcid.org/0000-0001-6521-9503
Николай А. Шамалов1, https://orcid.org/0000-0001-6250-0762
Галина Е. Иванова1,4, https://orcid.org/0000-0003-2214-3187
1 ФГБУ «Федеральный центр мозга и нейротехнологий» ФМБА России, г. Москва, Россия;
2 ФГБУ ВО «Московский Государственный Университет имени М. В. Ломоносова», г. Москва, Россия;
3 Лечебно-реабилитационный научный центр «Русское Поле» ФГБУ «НМИЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева» Минздрава России, Московская область, Чеховский район, д. Гришенки, Россия;
4 ФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России, г. Москва, Россия.
1. Adamovich S.V. et al. A virtual reality-based system integrated with fmri to study neural mechanisms of action observation-execution: a proof of concept study // Restorative neurology and neuroscience. 2009. 27(3): 209-223.
2. Afridi A., Malik A.N., Tariq H., Rathore F.A. The emerging role of virtual reality training in rehabilitation // J Pak Med Assoc. 2022. 72(1):188-191.
3. Bang Y.S., Kim H.Y., Lee M.K. Factors affecting the upper limb function in stroke patients //The Journal of the Korea Contents Association. 2009. 9(7): 202-210.
4. Bediou B. et al. Meta-analysis of action video game impact on perceptual, attentional, and cognitive skills // Psychological bulletin. 2018. 144(1): 77.
5. Cameirao M.S. et al. The combined impact of virtual reality neurorehabilitation and its interfaces on upper extremity functional recovery in patients with chronic stroke // Stroke. 2012. 43(10): 2720-2728.
6. Carter A.R. et al. Resting interhemispheric functional magnetic resonance imaging connectivity predicts performance after stroke // Annals of neurology. 2010. 67(3): 365-375.
7. Chernikova L.A. et al. Robotic and mechanotherapeutic technology to restore the functions of the upper limbs: prospects for development // Современные технологии в медицине. 2016. 8(4) (eng):222-230.
8. Cheron G., Petit G., Cheron J., et al. Brain oscillations in sport: toward EEG biomarkers of performance // Front Psychol. 2016;7:246.
9. De Bruyn N. et al. Functional network connectivity is altered in patients with upper limb somatosensory impairments in the acute phase post stroke: A cross-sectional study // PloS one. 2018. 13(10): e0205693
10. Dubovik S. et al. Adaptive reorganization of cortical networks in Alzheimer’s disease // Clinical neurophysiology. 2013. 124(1): 35-43
11. Fadiga L, Craighero L. Electrophysiology of action representation // Clin Neurophysiol. 2004. 21:157–69.
12. Feigin V.L. et al. Global and regional burden of stroke during 1990–2010: findings from the Global Burden of Disease Study 2010 // The Lancet. 2014. 383(9913) 245-255
13. Filimon F., Rieth C.A., Sereno M.I., Cottrell G.W. Observed, executed, and imagined action representations can be decoded from ventral and dorsal areas // Cereb Cortex. 2015. 25(9):3144–58.
14. Fu M.J., Knutson J.S., Chae J. Stroke Rehabilitation Using Virtual Environments // Phys Med Rehabil Clin N Am. 2015. 26(4):747-57
15. Gamito P., Oliveira J., Coelho C., Morais D., Lopes P., Pacheco J., Brito R., Soares F., Santos N., Barata A.F. Cognitive training on stroke patients via virtual reality-based serious games // Disabil Rehabil. 2017. 39(4):385-388.
16. Giuseppe P., et al. Cognitive and cognitive-motor interventions affecting physical functioning: a systematic review // BMC geriatrics. 2011: 1-19.
17. Haywood K.M., Getchell N. Life span motor development. // Human kinetics. 2019. 23(5):e24526
18. Kang Jae Myeong, et al. Cognitive training in fully immersive virtual reality improves visuospatial function and fronto-occipital functional connectivity in a pre-dementia state: A randomized controlled trial. 2020. (preprint)
19. Kalaria R.N., Akinyemi R., Ihara M. Stroke injury, cognitive impairment and vascular dementia // Biochim Biophys Acta. 2016. 1862(5):915-25
20. Khizhnikova A.E., Klochkov A.S., KotovSmolenskiy A.M., Suponeva N.A., Chernikova L.A. Virtual reality as an upper limb rehabilitation approach // Human Physiology 2017. 43(8): 855–862, https://doi.org/10.1134/ s0362119717080035
21. Klimesch W. Alpha-band oscillations, attention, and controlled access to stored information // Trends in cognitive sciences. 2012. 16(12): 606-617
22. Klimesch W. EEG alpha and theta oscillations reflect cognitive and memory performance: a review and analysis // Brain research reviews. 1999. 29(2-3): 169-195
23. Kwakkel G., van Peppen R., Wagenaar R.C., Wood Dauphinee S., Richards C., Ashburn A., Miller K., Lincoln N., Partridge C., Wellwood I., Langhorne P. Effects of augmented exercise therapy time after stroke: a meta-analysis // Stroke. 2004. 35(11): 2529-39.
24. Levin MF, Weiss PL, Keshner EA. Emergence of virtual reality as a tool for upper limb rehabilitation: incorporation of motor control and motor learning principles. Phys Ther. 2015. 95(3):415-25
25. Liao Y.Y., Chen I.H., Lin Y.J., Chen Y., Hsu W.C. Effects of Virtual Reality-Based Physical and Cognitive Training on Executive Function and Dual-Task Gait Performance in Older Adults With Mild Cognitive Impairment: A Randomized Control Trial // Frontiers in aging neuroscience. 2019. 11: 162.
26. Lin Z. et al. Analysis of central mechanism of cognitive training on cognitive impairment after stroke: Resting-state functional magnetic resonance imaging study // Journal of International Medical Research. 2014. 42(3): 659-668.
27. Lyons A. et al. Stealth attack // Good Practice. 2017. 9: 14.
28. Machado, S., Araújo, F., Paes, F., Velasques, B., Cunha, M., Budde, H., Ribeiro, P.EEG-based brain-computer interfaces: an overview of basic concepts and clinical applications in neurorehabilitation. Reviews in the Neurosciences, 2010. 21(6), 451-468.
29. Maggio, M. G. et al/ R., The growing use of virtual reality in cognitive rehabilitation: fact, fake or vision? A scoping review. Journal of the National Medical Association, 2019. 111(4), 457-463.
30. McEwen S.E., Huijbregts M.P., Ryan J.D, Polatajko H.J. Cognitive strategy use to enhance motor skill acquisition post-stroke: a critical review // Brain Inj. 2009. 23(4): 263-77.
31. Mc Garry L.M.J. The role of the mirror neuron system in bottom-up and top-down perception of human action. Dissertation // Canada: Toronto University Press. 2015: 1-205.
32. Nakamura R., Fujii E. A comparative study of the characteristics of the electroencephalogram when observing a hedge and a concrete block fence // J. Jpn. Inst. Landsc. Archit. 1992. 55: 139–144. doi: 10.5632/jila1934.55.5_139
33. Newell K.M. Motor skill acquisition // Annu Rev Psychol. 1991. 42: 213-37.
34. Oberman L.M., Pineda J.A., Ramachandran V.S. The human mirror neuron system: a link between action observation and social skills // Soc Cogn Affect Neurosci. 2007. 2(1): 62–66
35. Patel M.D. et al. Relationships between long-term stroke disability, handicap and health-related quality of life // Age and Ageing. 2006. 35(3): 273-279.
36. Pavlova M., Lutzenberger W., Sokolov A., Birbaumer N. Dissociable cortical processing of recognizable and non-recognizable biological movement: analyzing gamma MEG activity // Cereb Cortex. 2004. 14:181–8.
37. Perfetti C. La rieducazione motoria dell'Emiplegico. Milano: Ghedini, 1979. 172 с.
38. Regenbrecht H., Hoermann S., McGregoret G., Dixon B., Franz E., Ott C., Hale L., Schubert T., Hoermann J. Visual manipulations for motor rehabilitation //Computers & Graphics 2012. 36(7): 819–834.
39. Riener R., Harders M. Virtual reality in medicine // London: Springer; 2012.
40. de Rooij IJM, van de Port IGL, Meijer J-WG. Effect of virtual reality training on balance and gait ability in patients with stroke: systematic review and meta-analysis. Phys Ther. 2016;96:1905–1918.]
41. Sanes J.N. Motor cortex rules for learning and memory // Curr Biol. 2000. 10(13):R495-7.
42. Schleiger E. et al. Frontal EEG delta/alpha ratio and screening for post-stroke cognitive deficits: the power of four electrodes // International journal of psychophysiology. 2014. 94(1): 19-24
43. Schleiger E. et al. Poststroke QEEG informs early prognostication of cognitive impairment // Psychophysiology. 2017. 54(2): 301-309
44. Sidiakina I.V., Dobrushina O.R., Liadov K.V., Shapovalenko T.V., Romashin O.V. The role of evidence-based medicine in the neurorehabilitation: the innovative technologies (a review) // Voprosy kurortologii, fizioterapii i lechebnoi fizicheskoi kul’tury 2015; 92(3): 53–56, https://doi.org/10.17116/ kurort2015353-56.
45. Shurupova M.A., Aizenshtein A.D., Trofimova A.K., Ivanova G.E. Clinical and anamnestic data that affect the outcome of rehabilitation on virtual reality in patients with stroke // Zhurnal Nevrologii i Psikhiatrii imeni S.S. Korsakova. 2021;121(12‑2):33‑40. (In Russ.).
46. Springer S. et al. Dual‐tasking effects on gait variability: The role of aging, falls, and executive function // Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 2006. 21(7): 950-957.
47. Standen P.J., Threapleton K., Richardson A., Connell L., Brown D.J., Battersby S., Platts F., Burton A. A low cost virtual reality system for home based rehabilitation of the arm following stroke: a randomised controlled feasibility trial // Clin Rehabil. 2017. 31(3):340-350.
48. Stanmore E., Stubbs B., Vancampfort D., de Bruin E.D., Firth J. The effect of active video games on cognitive functioning in clinical and non-clinical populations: a meta-analysis of randomized controlled trials // Neurosci. Biobehav. 2017. 78: 34–43. doi: 10.1016/j.neubiorev.2017.04.011
49. Stoykov M. E., Madhavan S. Motor priming in neurorehabilitation // J. Neurol. Phys. Ther. 2015. 39: 33–42. doi: 10.1097/NPT.0000000000000065
50. Tarrant J., Viczko J., Cope H. Virtual Reality for Anxiety Reduction Demonstrated by Quantitative EEG: A Pilot Study // Front. Psychol. 2018. 9:1280. doi: 10.3389/fpsyg.2018.01280
51. Teasell R.W. et al. Rethinking the continuum of stroke rehabilitation // Archives of physical medicine and rehabilitation. 2014. 95(4): 595-596.
52. Tieri G. et al. Virtual reality in cognitive and motor rehabilitation: facts, fiction and fallacies. Expert Rev Med Devices. 2018. 15(2):107-117
53. Tremmel C., Herff C., Krusienski D.J. EEG Movement Artifact Suppression in Interactive Virtual Reality. In Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBS, Berlin, Germany, 2019; p. 4576–4579
54. Ulrich R.S. Natural versus urban scenes: some psychophysiological effects // Environ. Behav. 1981. 13: 523–556. doi: 10.1177/0013916581135001
55. Urbin M.A. et al. Resting-state functional connectivity and its association with multiple domains of upper-extremity function in chronic stroke // Neurorehabilitation and neural repair. 2014. 28(8): 761-769
56. Zarka D., Cevallos C., Petieau M., Hoellinger T., Dan B., Cheron G. Neural rhythmic symphony of human walking observation: upside-down and uncoordinated condition on cortical theta, alpha, beta and gamma oscillations // Front Syst Neurosci. 2014. 18(8): 169.
Number of Views: 143
Category of articles:
Reviews
Bibliography link
Климов Л.В., Шурупова М.А., Айзенштейн А.Д., Трофимова А.К., Шамалов Н.А., Иванова Г.Е. Обзор показателей эффективности виртуальной реальности в двигательной и когнитивной реабилитации больных после церебрального инсульта // Наука и Здравоохранение. 2022. 5(Т.24). С. 149-156. doi 10.34689/SH.2022.24.5.019Related publications:
INTERRELATION OF INTRAABDOMINAL HYPERTENSION AND MARKERS OF GASTROINTESTINAL TRACT INJURY IN PATIENTS WITH MULTIORGAN DYSFUNCTION
DRUG-INDUCED LIVER INJURY AND GENDER DIFFERENCES
QUALITY OF LIFE IN PRIMARY BILIARY CHOLANGITIS AND ITS ASSESSMENT
DIAGNOSTIC AND THERAPEUTIC LAPAROSCOPY FOR ABDOMINAL INJURIES. REVIEW
METHODS FOR SCHOOL-AGE CHILDREN NUTRITIONAL STATUS ASSESSMENT: FOCUS ON ANTHROPOMETRIC PARAMETERS. A REVIEW.