В Пензенском государственном университете разрабатывается мобильный аппарат, который сможет быстро определять психические расстройства на основе сигналов мозга, сердца и речи. Для этого уже проанализировали показатели более 400 пациентов

Новая разработка лаборатории биомедицинских и когнитивных технологий (БиКТ) ПГУ, поддержанная грантом Российского научного фонда, вызвала широкий резонанс в средствах массовой информации и научных кругах.

Молодые ученые Пензенского госуниверситета опубликовали статью в научном журнале International Journal of Embedded and Real-Time Communication Systems (IJERTCS). Она посвящена разработке интеллектуальной системы обработки медицинских сигналов, которая способна обнаружить первые признаки психических расстройств на основе показаний активности человеческого мозга, работы сердца, а также речи пациента.

Главная задача коллектива разработчиков, которым руководит заведующий лабораторией БиКТ Александр Юрьевич Тычков, — создание беспроводного нейроинтерфейса. Он будет иметь электроды для регистрации сигналов головного мозга (электроэнцефалограмма, ЭЭГ), два микрофона для записи речи и электроды для снятия кардиограммы (ЭКГ). Все это позволит автоматизировать процесс обнаружения пограничных психических расстройств, прежде всего неврозов, и улучшить их профилактику. Прибор будет закрепляться на лбу пациента, связь с аппаратом ЭКГ будет осуществляться по Bluetooth, а данные сканирования можно будет увидеть на экране компьютера или смартфона с помощью специального приложения. В течение двух минут система сможет зарегистрировать и проанализировать сигналы. А спустя еще 2–3 минуты можно будет посмотреть предварительные результаты.

Если у человека депрессия или стресс, то благодаря прибору можно будет своевременно выявить первые признаки заболевания. Это особенно важно для представителей тех профессий, которые связаны с обеспечением безопасности граждан и высокой степенью ответственности, таких как военнослужащие, водители и др. Для них необходимо однозначно представлять, есть у человека психическое заболевание или нет, может ли он работать по профессии. Кроме того, в область применения прибора входит оценка психического здоровья нуждающихся лиц (пациентов) в различных государственных и частных медицинских учреждениях, реабилитационных центрах, домах инвалидов и престарелых, оздоровительных центрах.

Предпосылками для разработки стали исследования, которыми ранее занимались наши молодые ученые. А. Ю. Тычков рассказывает:
— Ряд сотрудников ПГУ интересовались изучением различных типов сигналов. Мы поняли, что сегодня научные исследования не охватывают комплекс данных для общей функциональной психодиагностики. Определенным подспорьем стало то, что тему способов и системы обработки сигналов для выявления пограничных расстройств — среди более широкого круга вопросов — я развивал в своей докторской диссертации, с которой недавно прошел предзащиту.

Полное название научного проекта: «Поиск скрытых паттернов пограничных психических расстройств и разработка системы экспресс-оценки психического состояния человека».

Проект был поддержан в 2017 году Российским научным фондом, который осуществляет финансирование в размере 5 млн рублей. Рабочий прототип устройства разработчики планируют представить в 2020 году для проведения доклинических испытаний в больницах. После этого будет поставлен вопрос о коммерческом будущем аппарата, интеллектуальными правами на который владеет Пензенский госуниверситет.

Работа выполняется научными сотрудниками Научно-исследовательского института фундаментальных и прикладных исследований (НИИ ФиПИ) совместно с научно-педагогическим составом Медицинского института ПГУ, фпите и фмт. В коллектив разработчиков проекта входят А. Ю. Тычков, П. П. Чураков (научный консультант), А. К. Алимурадов (исследования речи), А. В. Агейкин (клинические исследования), А. В. Кузьмин (кардиоисследования), Н. В. Горячев (научный сотрудник, инженер-электронщик), И. И. Кочегаров (научный сотрудник, программист), В. Б. Калистратов (медицинский консультант), Г. В. Стальной (промышленный дизайнер). Основная работа с пациентами осуществлялась на базе Областной психиатрической больницы им. К. Р. Евграфова, под руководством главного врача С. Ю. Митрошиной.

Работа по проекту включает несколько этапов, на каждом из которых решаются несколько задач. На первом этапе, который завершился в середине прошлого года, формировалась клиническая база сигналов, данных, которые затем исследовались математически.

— Невроз — это болезнь, но у нее не ярко выраженная клиника. Зачастую при отсутствии психотравмирующего фактора (например, стрессовой или шоковой ситуации, возбудителя фобии) человек может выглядеть здоровым, но как только этот фактор появляется, заболевание обостряется. Наша цель — добиться качественного выявления невроза, даже когда психотравмирующий фактор отсутствует, — рассказывает младший научный сотрудник БиКТ ПГУ Алексей Викторович Агейкин.

По словам разработчиков, есть целая группа параметров, которые позволяют выявить неврозы, изучив то, как говорит пациент.

— Мы используем в своей работе 25 параметров, анализируем длительность пауз и частоту произношения, параметры дыхания и другие факторы. Например, есть частотные диапазоны, соответствующие норме, и диапазоны, которые говорят о психической патологии, — отмечает научный сотрудник лаборатории Алан Казанферович Алимурадов.

Показатели речи, а также работы мозга, сердца анализируются в активной фазе и в фоновом режиме. Это, по словам ученых, позволяет оценить период восстановления пациента после воздействия психотравмирующего фактора.

Результаты, зафиксированные на сертифицированном медицинском оборудовании, будут контрольными для проверки создаваемого учеными прибора.

Ученые ПГУ предложили новый, модифицированный метод обработки сигналов. В процессе были выявлены новые признаки изменения состояния человека. С помощью используемой математической обработки добавлено около 10 новых параметров.

Анализ данных стал большим вызовом.

— Только с головы мы снимаем 3680 сигналов. Чтобы лучше понять — эти сигналы похожи на шум. То же самое с ЭКГ (2760 сигналов) и речью (920 записей речевых предложений). Это огромное количество отчетов, и система даже не всегда может проанализировать этот массив. Поэтому важная роль на сегодняшнем этапе развития проекта отводится программистам и электронщикам, — делится руководитель исследования.

В декабре 2018 года из Зеленограда и Китая в лабораторию поступили изготовленные для аппарата элементы и узлы, спроектированные научными сотрудниками лаборатории Николаем Владимировичем Горячевым и Игорем Ивановичем Кочегаровым. Теперь из них можно собирать систему. Скоро планируется проведение первых натурных испытаний.

Максим Битков

Справка «Университетской газеты»

Российский научный фонд создан по инициативе Президента России в ноябре 2013 года, а его деятельность регулируется отдельным федеральным законом. РНФ не является бюджетной организацией. В состав попечительского совета входят 15 членов, среди которых признанные ученые — академики РАН, представители законодательной и исполнительной власти. Возглавляет попечительский совет помощник Президента России — Андрей Фурсенко.

Гранты РНФ являются одними из самых крупных среди распределяемых государственными фондами — от 2 до 150 млн рублей ежегодно, что создает комфортные условия для ученых и позволяет проводить исследования без привлечения дополнительных средств. При этом ученый берет на себя обязательство опубликовать результаты своих исследований в высокорейтинговых научных журналах. Количество таких публикаций ученый определяет сам на стадии подачи заявки. По правилам Фонда ученый может руководить реализацией не более одного гранта РНФ одновременно, это позволяет задействовать в программах Фонда большее число исследователей и увеличить конкуренцию.

За эти годы более 5,5 тыс. научных проектов и программ получили гранты РНФ в общем объеме 80 млрд рублей. 45 тыс. ученых из более чем 600 научных организаций проводят исследования при поддержке Фонда. Более 65 % исполнителей проектов — молодые ученые в возрасте до 39 лет.

В Пензенском государственном университете работы по грантам РНФ ведут четыре научных коллектива. В 2018 году от ПГУ было подано 24 заявки на новый конкурс.

«Университетская газета», № 1 (1747) от 7 февраля 2019 г.