Abstract: Постуральная система человека включает в себя афферентацию многих модальностей, опорно-двигательный аппарат, нервные центры на различных уровнях центральной нервной системы, и любое изменение в этих компонентах или их взаимодействии может привести к нарушениям равновесия (Asghari M. et al., 2024, Hwang S et al., 2014). Вестибулярная система является одним из важнейших сенсорных блоков для поддержания равновесия, изменения в ее работе закономерно приводят к нарушению равновесия (Day B.L., Fitzpatrick R.C., 2005). Нарушения функций вестибулярного аппарата можно разделить на две категории: периферические (повреждение структур вестибулярного аппарата, расположенных во внутреннем ухе, с нарушениями, затрагивающими вестибулярные нервы) и центральные (различные повреждения проводящих путей, вестибулярных центров в головном мозге, в частности в стволе мозга или мозжечке) (Парфенов В.А., et al., 2009). Нарушения равновесия могут быть вызваны как патологиями вестибулярной системы разной локализации (Strupp M. et al., 2020), так и процессом адаптации к измененным условиям гравитационной среды в случае возвращения из космического полета на Землю. В случае, когда рассматриваются периферические нарушения (без повреждения мозговых структур) или временные изменения в работе вестибулярного аппарата, связанные с космическим полетом, предлагается идея сенсорного замещения, которая предполагает использование альтернативных сенсорных каналов для предоставления информации о положении тела и ориентации в пространстве. Концепция сенсорного замещения представляется перспективным подходом для компенсации вестибулярной дезадаптации (Ляпин А.А., et al., 2019).Такими учеными, как Ли ( Lee BC, et al., 2012), Данилов (Danilov Y.P. et al., 2006) предпринимаются попытки создать устройства, которые позволили бы с помощью обратной связи улучшить постуральную функцию, что актуально и для больных, и для космонавтов. В литературе описано два принципиально отличных вида обратной связи от датчика ориентации: вибротактильная, с такторами (вибромоторами), расположенными на голове или на туловище (Lee B.C. et al., 2012; Wall C. 3rd, Weinberg M.S., 2003), и электротактильная, с выводом электрических сигналов на язык посредством матрицы электродов (Danilov Y.P. et al., 2006) Вибротактильная стимуляция является удобным и эффективным методом передачи сенсорной информации, особенно в условиях ограниченных возможностей для использования других модальностей (например, визуальной) в космосе. Однако описанные методы от ориентации звеньев тела, не используют двухмерность кожи и выдают сигналы только на превышение отклонения (в одной из вертикальных анатомических плоскостей тела) заданной протоколом критической величины. Данное исследование направлено на разработку инновационного метода сенсорного замещения вестибулярной афферентации с использованием вибротактильной обратной связи. Предполагается создать устройство обратной связи от датчика ориентации головы на вибротактильную матрицу, закрепляемую также на голове. Таким образом мы получим возможность создать двухмерное пространство непрерывных во времени тактильных сигналов, однозначно связанное с пространством векторов ориентации головы относительно вертикали. Мы предполагаем, что в таком случае нервная система получит достаточное количество сигналов для построения внутреннего представления об ориентации головы, и такой метод обратной связи может оказаться эффективным способом компенсации вестибулярного дефицита для пациентов с патологиями и, потенциально, для космонавтов в острый период реадаптации к условиям гравитации. На данный момент существуют подходы к коррекции/замещению вестибулярной функции. Такими учеными, как Ли, Топуз предпринимаются попытки создать устройства, которые позволили бы с помощью обратной связи улучшить постуральную функцию, что актуально и для больных, и для космонавтов. Используется два принципиально отличных вида обратной связи от датчика ориентации: вибротактильная, с такторами (вибромоторами), расположенными на голове или на туловище и электротактильная, с выводом электрических сигналов на язык посредством матрицы электродов [Danilov Y. P. et al., 2006]. Вибротактильная обратная связь имеет определенное преимущество: ношение такой системы не мешает повседневной деятельности человека. В литературе описаны методы использования вибротактильной обратной связи от ориентации звеньев тела, однако данные методы не используют двухмерность кожи и выдают сигналы только на превышение отклонения (в одной из вертикальных анатомических плоскостей тела) заданной протоколом критической величины. В нашей работе проводится анализ литературы для создания устройства обратной связи от датчика ориентации головы на вибротактильную матрицу, закрепляемую также на голове. Изучив опубликованные работы, мы получим возможность создать такой метод сенсорного замещения вестибулярной афферентации, который может оказаться эффективным способом компенсации вестибулярного дефицита для пациентов с патологиями и, потенциально, для космонавтов в острый период реадаптации к условиям гравитации, таким образом, устройство может стать «тренажером» для космонавтов и методом сенсорного замещения вестибулярной функции для больных с патологиями вестибулярной системы.

Cite: Гайнутдинова Э.А. , Китов В.В. , Томиловская Е.С.
Совершенствование метода сенсорного замещения вестибулярной афферентации с использованием вибротактильной обратной связи
X Российская конференция с международным участием по управлению движением 22-24 апр. 2025