EA039083B1 - Способ коррекции детей с синдромом дефицита внимания и гиперактивности (сдвг), совмещающий физическую активность и компьютерные игры - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для функциональной коррекции клинических проявлений синдрома дефицита внимания (СДВГ) у детей 6-13 лет. Параметры перемещения рук при управлении предметным изображением с помощью спортивного тренажера, который обеспечивает четкую взаимосвязь между пространственным положением пользователя, располагающегося на тренажере в полулежачем положении, и положением рукояток, которые пользователь перемещает руками вперед-назад вдоль продольной оси тренажера, а также обеспечивает высокую скорость изменения и широкий диапазон пространственных перемещений, на который помещают ребенка, и направление взгляда ребенка регистрируют с помощью планшета, имеющего встроенные датчики (акселерометр и гироскоп), а также фронтальную камеру с функцией отслеживания глаз, или с помощью планшета и VR шлема, имеющего внутреннюю камеру с функцией отслеживания глаз. В качестве предметного изображения используют графику компьютерных игр, которые проводят по одной игре в день в течение 7-15 мин на протяжении не менее 25 дней до формирования устойчивой зрительно-моторной координации и повышения производительности исполнительных функций. Когнитивно-сложная физическая деятельность, такая как координационные упражнения согласно предложенному изобретению, активирует области мозга, используемые для контроля когнитивных процессов более высокого порядка, что приводит к лучшей когнитивной производительности, снижению импульсивности и невнимательности, повышению координационных возможностей и сохранению этих изменений в течение достаточно продолжительного времени за счет естественных методов тренировки. Большой объем данных, собираемых в процессе коррекции, позволяет проводить анализ результативности коррекции без использования специализированных тестов.

Description

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для функциональной коррекции клинических проявлений синдрома дефицита внимания (СДВГ) у детей 6-13 лет.

Известен ряд способов функциональной коррекции СДВГ, относящихся к способам биоуправления, с использованием частоты сердечных сокращений, параметров альфа- и тета-ритмов ЭЭГ в качестве сигналов обратной связи [1]-[3].

Использование этих способов предполагает наличие ассоциации между выполняемым пациентом действием (волевым усилием, сосредоточением внимания и т.п.) и включением сигналов обратной связи. При повышении мощности бета-ритма в центральных областях и снижении мощности тета-ритма в передних отделах коры больших полушарий в процессе тренинга происходит существенное снижение импульсивности и невнимательности, определяемые посредством теста T.O.V.A. или МОХО.

Недостатком известных способов является сложность и длительность тренинга, связанная с регуляцией параметров электрической активности, которые не всегда доступны. Для выполнения задачи ребенку приходится использовать волевые усилия и концентрацию внимания длительное время, что приводит к быстрому утомлению и снижению эффективности коррекции в процессе сессии коррекции. Для определения результативности коррекции необходимо использовать сторонние тесты T.O.V.A. или МОХО.

Известен способ коррекции функции внимания у детей EndeavourRx от компании Akili Interactive Labs (США), за счет управления игровым процессом с помощью наклона планшета кистями рук [4], в основе метода лежит патент [5].

Недостатком известного способа является то, что у детей с СДВГ и моторными нарушениями улучшаются только функции внимания, но отсутствует возможность эффективной коррекции двигательных функций и зрительно-моторной координации.

Известен способ коррекции Способ коррекции двигательных и ментальных функций у детей с синдромом дефицита внимания с гиперактивностью [6], включающий регистрацию параметров перемещения центров давления стоп при управлении предметным изображением, в качестве регистрирующего устройства используют компьютерный стабилоанализатор Стабилан-01, на который помещают ребенка, а в качестве предметного изображения используют графику компьютерных игр, которые проводят по две игры за ежедневную коррекцию не менее двух недель, первая из которых направлена на стимуляцию двигательных функций ребенка, а вторая - на стимуляцию двигательных и ментальных функций до формирования устойчивого навыка произвольного контроля вертикальной позы и оптимизации системы внимания, а управление изображениями осуществляют за счет перемещения центра давления стоп ребенка на плоскость опоры стабилоанализатора компьютерного.

Недостатком известного способа является то, что данный способ не влияет на зрительно-моторную координацию (согласованные действия рук и глаз), для определения результативности коррекции необходимо использовать сторонние тесты T.O.V.A. или МОХО.

Задачей предложенного способа коррекции является улучшение исполнительных функций (торможение, переключение и зрительная рабочая память) и зрительно-моторной координации.

Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение зрительно-моторной координации - способности выполнять действия, требующие согласованного использования рук и глаз;

обеспечение когнитивно-сложной физической деятельности, которая приводит к повышению уровня дофамина и норадреналина в сетях мозга, которые связаны с исполнительными функциями и вниманием, что приводит к повышению когнитивной производительности;

улучшение исполнительных функций - торможения, переключения и зрительной рабочей памяти;

возможность исключения использования сторонних тестов T.O.V.A. или МОХО для определения результативности коррекции.

Поставленная задача достигается тем, что в способе коррекции двигательных и когнитивных функций у детей с синдромом дефицита внимания и гиперактивности, включающим регистрацию параметров перемещения при управлении предметным изображением, в качестве предметного изображения используют графику компьютерных игр, в качестве устройства управления предметным изображением используют спортивный тренажер, который обеспечивает четкую взаимосвязь между пространственным положением пользователя, располагающегося на тренажере в полулечащем положении, и положением рукояток, которые пользователь перемещает руками вперед-назад вдоль продольной оси тренажера, а также обеспечивает высокую скорость изменения и широкий диапазон пространственных перемещений, на который помещают ребенка, регистрируют параметры перемещения рук и направление взгляда ребенка, используют компьютерные игры, направленные на стимуляцию согласованных действий рук и глаз, игры проводят по одной игре в день в течение 7-15 мин на протяжении не менее 25 дней до формирования устойчивой зрительно-моторной координации и повышения производительности исполнительных функций, в качестве регистрирующего устройства и электронно-вычислительной машины с монитором используют планшет, имеющий встроенные датчики (акселерометр и гироскоп), а также фронтальную камеру с функцией отслеживания глаз, и располагающийся на подвижной части тренажера спереди или в качестве регистрирующего устройства и электронно-вычислительной машины с монитором используют планшет, имеющий встроенные датчики (акселерометр и гироскоп) и располагающийся на подвижной

- 1 039083 части тренажера спереди, а также VR шлем, имеющий внутреннюю камеру с функцией отслеживания глаз, в качестве компьютерной игры, развивающей двигательную и когнитивные функции, проводят игру Ховербайк, заключающуюся в управлении ховербайком (летающим мотоциклом) для сбора целевых объектов и избегании столкновения с препятствиями.

Когнитивно-сложная физическая деятельность, такая как координационные упражнения согласно предложенному способу, активирует области мозга, используемые для контроля когнитивных процессов более высокого порядка, что приводит к лучшей когнитивной производительности исполнительных функций - торможения, переключения и зрительной рабочей памяти, улучшает зрительно-моторную координацию, а регистрация параметров перемещения рук и направление взгляда ребенка в течение всей сессии позволяет собирать и анализировать большой объем данных, что позволяет исключить использование сторонних специализированных тестов T.O.V.A. или МОХО для определения результативности коррекции.

Предложенный способ коррекции реализован с помощью устройства, которое приведено на фотографиях (фиг. 1-4).

Устройство содержит спортивный тренажер 1, который обеспечивает четкую взаимосвязь между пространственным положением пользователя, располагающегося на тренажере в полулежачем положении, и положением рукояток, которые пользователь перемещает руками вперед-назад вдоль продольной оси тренажера, а также обеспечивает высокую скорость изменения и широкий диапазон пространственных перемещений, на подвижную часть 2 которого спереди установлен держатель 3 для планшета 4 (iPad Pro 12,9, производитель - Apple Inc., USA) и держатель 5 для контроллера 6 VR шлема 7 (Pico Neo2 Eye, производитель - Pico Interactive, Inc. Китай). Подножка 8 тренажера регулируется в зависимости от роста ребенка. Игра запускается или на планшете 4 или в VR шлеме 7. Для получения данных о пространственном положении подвижной части 2 тренажера 1 используются датчики (гироскоп и акселерометр), встроенные в планшет 4. Для получения данных о направлении взгляда ребенка используются фронтальная камера планшета 4 или аналогичная камера VR шлема 7. Для обработки и хранения данных, для отображения результатов коррекции для врача используется планшет 4.

Предложенный способ опирается на исследования, согласно которым СДВГ связано с более низкой производительностью исполнительных функций и дефектами моторики.

Производительность исполнительных функций определяется как когнитивные функции более высокого порядка, которые модулируют фундаментальные когнитивные процессы и, следовательно, необходимы для целенаправленного, адаптивного и гибкого поведения. Считается, что исполнительные функции состоят из трех основных процессов:

(1) торможение, которое включает в себя подавление преобладающих реакций и контроль внимания;

(2) переключение, которое включает в себя переключение между задачами или умственными установками; и (3) рабочая память, которая включает в себя сохранение и обработку информации.

Дефицит вышеупомянутых исполнительных функций рассматривается как одно из превалирующих объяснений развития СДВГ, причем предыдущие исследования свидетельствуют о том, что выраженная симптоматика СДВГ связана с низкой производительностью исполнительных функций. Другой предлагаемый механизм связан с нарушением катехоламиновой нейротрансмиссии, это означает, что у лиц с СДВГ снижен уровень дофамина и норадреналина в сетях мозга, которые связаны с исполнительными функциями и вниманием, что приводит к снижению когнитивной производительности. Когнитивносложная физическая деятельность приводит к повышению уровня дофамина и норадреналина в сетях мозга, которые связаны с исполнительными функциями и вниманием, что приводит к повышению когнитивной производительности. Также исследования показывают, что дети с СДВГ любят играть в видеоигры, им нравится мгновенное вознаграждение. Обычные же программы обучения дети часто находят утомительными и скучными из-за мотивационного дефицита и большей потребности в прямом вознаграждении. Предложенный способ объединяет увлекательные видеоигры и когнитивно-сложную физическую деятельность.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

Тренажер 1 устанавливают стационарно с обеспечением свободного подхода со всех сторон. Необходимо исключить резкие звуки во время сессии коррекции - телефонные звонки, разговоры, музыку, открывание и закрывание дверей и т.п. Перед началом коррекции ребенку объясняют правила поведения на тренажере 1: он не должен отпускать рукоятки 9, снимать ноги с подножки 8, разговаривать, глубоко дышать, кашлять и т.д. Перед началом сессии коррекции необходимо выставить положение регулируемой подножки 8 в зависимости от роста ребенка.

Ребенок располагается на подвижной части 2 тренажера 1 в полулежачем положении, аналогичной расположению мотоциклиста на спортивном мотоцикле, грудью на лежаке 10, ноги ребенка расположены на подножке 8, а руки - удобным для ребенка хватом (прямым или обратным) на рукоятках 9. Правильное расположение ребенка на подвижной части 2 такое, при котором при снятии фиксатора 11 подвижная часть 2 тренажера 1 будет находиться в уравновешенном состоянии, без резкого наклона вперед

- 2 039083 или назад.

Врач снимает фиксатор 11, блокирующий перемещение подвижной части 2 тренажера 1, запускает игру на планшете 4 или в VR шлеме 7 и осуществляет контроль сессии коррекции на планшете 4.

В предложенном способе коррекции важнейшей составляющей коррекции является регистрация параметров пространственного положения и скорости перемещения подвижной части 2 тренажера 1 и отслеживание направления взгляда ребенка с помощью фронтальной камеры планшета 4 или VR шлема 7.

Коррекция двигательных и исполнительных функций осуществляется посредством зрительной обратной связи на протяжении не менее 25 дней (каждый день или через день), продолжительность ежедневной сессии составляет 7-15 мин каждая. Игра Ховербайк заключается в управлении ховербайком (летающим мотоциклом), осуществляемом ребенком от первого лица, и предъявляет высокие требования к координации и скорости действий, исключает влияние неосознанных автоматических движений на результат. Ребенок перемещает вперед-назад рукоятки 9 тренажера 1, что приводит к изменению пространственного положения (наклоны вперед-назад и/или влево-вправо в широком диапазоне) подвижной части 2, что приводит к изменению пространственного положения установленного спереди на подвижной части 2 планшета 4 и контроллера 6 VR шлема 7. Встроенные в планшет 4 датчики (гироскоп и акселерометр) отслеживают пространственное положение планшета 4, что приводит к соответствующему изменению положения ховербайка в игре. При этом наклоны влево-вправо приводят к соответствующему перемещению ховербайка вправо-влево, а наклоны вперед-назад позволяют управлять скоростью полета. Цель игры заключается в сборе разноцветных кристаллов, расположенных определенным образом на трассе, представляющей собой петляющую дорогу с ограничениями по бокам, за пределы которых нельзя вылететь. Ребенок направляет ховербайк на разноцветные кристаллы, пролетая через которые собирает их. Кристаллы при этом не располагаются по бокам трассы, что исключает их случайный сбор. Собирая кристаллы, ребенок должен избегать столкновения со стационарными и/или двигающимися препятствиями (деревья, коряги, камни, животные, водяные и песчаные вихри и пр.), которые расположены на трассе. Для усложнения концентрации внимания ребенка на выполняемой задаче используются отвлекающие объекты - летающие птицы, выскакивающие из воды рыбки, воздушные шарики и пр. Количество кристаллов, которые необходимо собрать, время игры, отвлекающие факторы и другие параметры игры настроены определенным образом врачами нейропсихологами. Игра содержит пять различных Локаций (Равнина, Фьорды, Странные Земли, Пустыня и Сказочный город) по пять уровней нарастающей сложности в каждой Локации.

Открытие каждого нового Уровня и новой Локации происходит только при успешном выполнении задания в текущем Уровне/Локации. Это мотивирует ребенка выполнить текущее задание, чтобы перейти к новому заданию. В игре не используются штрафные баллы за столкновение с объектами, однако такие столкновения снижают на время скорость полета ховербайка, что может привести к невозможности выполнить задание с первой попытки.

Постановка задачи, похвала при успешном выполнении задания и прочее взаимодействие с ребенком во время игры осуществляются компьютерным персонажем - роботом-помощником, уникальные диалоги которого записаны для различных ситуаций, что позволяет практически исключить участие врача в процессе игры и делают процесс коррекции более увлекательным.

В процессе сессии собираются и сохраняются данные, последующий анализ которых позволяет определить результативность и эффект от коррекции. Для получения некоторых данных используется фронтальная камера планшета 4 (iPad Pro 12,9, производитель - Apple Inc., USA) или камера VR шлема 7 (Pico Neo2 Eye, производитель - Pico Interactive, Inc. Китай), имеющие функцию отслеживания глаз ребенка.

Собираемые данные.

Результаты выполнения поставленной задачи на Уровне: количество собранных объектов (абсолютное значение и % от общего числа выведенных объектов), количество столкновений с препятствиями (абсолютное значение и % от общего числа выведенных препятствий), средняя скорость полета (% от максимально возможной скорости).

Реакция на движущийся объект (РДО) - время от момента появления объекта, который необходимо собрать или с которым необходимо избежать столкновения, в поле зрения до момента фиксации на нем взгляда ребенком (в мс, среднее значение за уровень).

Время двигательной реакции (ВДР) - время от момента, когда ребенок захватил взглядом объект до начала движения рукояток (в мс, среднее значение за уровень).

Индекс Согласованности действий (ИСД) - отношение количества правильных действий (под правильными действиями понимаем такие движения, при которых ребенок захватил взглядом объект, который необходимо собрать, и двинул рукоятки тренажера таким образом, что привело к движению в направлении расположения объекта в игре) к количеству неправильных (в %).

Индекс Гиперактивности (ИГ) - отношение времени, в течение которого ребенок не смотрит ни на один объект, но при этом двигает рукоятки, к общему времени уровня (в %).

Индекс общей сфокусированности ребенка на игровом процессе (ИОС) - отношение времени, в те

- 3 039083 чение которого ребенок смотрит в экран во время игры, не отводя взгляд от экрана в сторону, к общей продолжительности уровня (в %).

Данные об эмоциях (нейтральный, счастливый, грустный, страх, отвращение, гнев, удивление) ребенка во время игры (% времени от общей продолжительности Уровня для каждой эмоции).

После окончания игровой сессии ребенок тянет рукоятки 9 на себя, переносит вес тела на подножку 8, снимает VR шлем 7 (если сессия проходила в VR шлеме 7), врач (или сам ребенок) активирует фиксатор 11, блокирующий перемещение подвижной части 2 тренажера 1, ребенок покидает тренажер 1.

Врач, представители (родители, опекуны и пр.) ребенка могут анализировать прогресс коррекции по графикам и диаграммам, которые строятся на основании вышеуказанных данных, которые позволяют исключить проведение тестов T.O.V.A. или МОХО, так как объем собираемых данных превышает объем данных, получаемых в процессе данных тестов.

Тренажер 1 совместно с планшетом 4 и VR шлемом 7 был установлен в Центре инновационной психологии и развития Нейроника (Минск, Беларусь). Для проведения коррекции по предлагаемому способу были отобраны дети (мальчики и девочки) с СДВГ, диагностированного нейропсихологом, посещающие занятия в центре, в возрасте 6-13 лет: 4 девочки и 16 мальчиков. Дети были случайным образом поделены на две группы (по 2 девочки и 8 мальчиков в каждой группе). Дети в обеих группах поддерживали свои схемы коррекции во время исследования, однако дети из первой группы (интервенционная группа) во второй половине 45-минутного стандартного занятия в центре получали дополнительную коррекцию по предлагаемому способу продолжительностью 7-15 мин в зависимости от текущего Уровня, дети из второй группы занимались как обычно. При этом стоит отметить, что коррекция в VR шлеме не проводилась, чтобы все дети находились в равных условиях, однако все дети провели пробный двухминутный полет в VR шлеме для ознакомления с технологией виртуальной реальности. Каждый ребенок прошел все 25 уровней игры. Перед началом исследования и после его завершения детям из первой и второй группы был проведен, в том числе, тест МОХО.

МОХО - это стандартизированный компьютеризированный тест непрерывной производительности для диагностики СДВГ у детей и взрослых. Результаты теста МОХО основаны на когнитивной и поведенческой характеристике пациента. Результаты теста вычисляются путем оценки четырех основных показателей эффективности: внимательности, согласованности действий, импульсивности и гиперактивности.

Было отмечено значительное улучшение внимания (Р=0,011), показателей импульсивности и гиперактивности (Р=0,008), и особенно - согласованности действий (Р=0,003). Участники контрольной группы не показали существенных улучшений ни в одном из протестированных показателях.

К каждому типу собственных данных (результативность, гиперактивность, РДО, ВДР, ИСД, ИГ, ИОС, исключая данные об эмоциях). собираемых в каждой сессии коррекции, была применена линейная аппроксимация, используя метод наименьших квадратов. Для расчета индекса по каждому типу данных были использованы аппроксимированные значения 2- и 25-й (последней) сессии. Суммарная средняя оценка всех шести индексов была использована для получения общего индекса коррекции (ОИК). Динамика коррекции для всех детей из первой группы оказалась положительной, при этом увеличение ОИК составило от 19,5 до 107,7%, среднее значение ОИК составило 53,6%.

Серьезных побочных эффектов, связанных с коррекцией по предложенному способу, не наблюдалось. Наиболее распространенными побочным эффектом были фрустрация (2 из 10) и боль в мышцах рук (3 из 10), которая, впрочем, проходила через 1-3 сессий в связи с увеличением тонуса мышц. Несмотря на продолжительность исследований, ни один из участников не прекратил участие в них.

Несмотря на то что для предложенного способа коррекции необходимы дальнейшие полноценные исследования, данное исследование представляет доказательства того, что дети из первой группы повысили производительность их исполнительной функции по сравнению с контрольной группой, они также улучшили свои моторные характеристики. По результатам опроса представителей детей относительно того, как повлияли занятия ребенка на тренажере на их повседневную жизнь, можно сделать вывод, что у всех детей в той или иной степени увеличился тонус мышц плечевого пояса и рук и увеличился порог физической усталости, а движения рук стали менее хаотичными и в большей степени осознанно скоординированными, а 60% отметили улучшение навыков письма и красивости подчерка. Факты свидетельствуют о том, что физическая активность в сочетании с игрой является жизнеспособным инструментом, помогающим детям с СДВГ справляться с повседневными проблемами. Результаты позволяют предположить, что интенсивная физическая активность может оказывать специфическое влияние на исполнительные функции (в данном случае на время реакции при торможении и переключении и на рабочую память) у детей с СДВГ. Более того, интенсивная когнитивно-вовлекающая активность с умеренной или сильной интенсивностью в течение 7-15 мин может служить перспективным средством для повышения уровня физической активности и усиления исполнительных функций в будущем.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки на изобретение:

1. Кропотов Ю.Д. Современная диагностика и коррекция синдрома нарушения внимания / Ю.Д. Кропотов. - СПб.: ЭЛБИ-СПБ, 2005. - 148 с.

2. Любар Д.Ф. Биоуправление, дефицит внимания и гиперактивность (диагностика, клиника, эф

- 4 039083 фективность лечения) / Д.Ф.Любар // Биоуправление: теория и практика. - Новосибирск, 1998. - С. 142.

3. Метод и система мониторинга и повышения внимания. Патент US № US20190008436 от 26 июля 2016 г.; Патентовладелец: Atentiv LLC; Изобретатели: Andrew D. KRYSTAL, John R. SHAMBROOM, Stephan E. FABREGAS, Brian TRACEY.

4. EndeavourRx™: первое и единственное одобренное FDA лекарство, предоставляемое с помощью видеоигр. https://www.endeavorrx.com , Разработчик: Akili Interactive Labs, Inc. США.

5. Когнитивная платформа, связанная с физиологическим компонентом. Патент № WO 2018/039610, опубл. 01.03.2018. Патентовладелец: Akili Interactive Labs, Inc. США, Изобретатель: Jeffrey Bower, Titiimaea Alailima et al.

6. Способ коррекции двигательных и ментальных функций у детей с синдромом дефицита внимания с гиперактивностью. Патент RU № 0002457783, опубл. 10.08.2012. Изобретатели: Трембач А.Б., Самарский Д.М., Слива С.С., Горбатова О.В., Гришина Г.А.

Claims (4)

1. Способ коррекции двигательных и когнитивных функций у детей с синдромом дефицита внимания и гиперактивности, включающий регистрацию параметров перемещения при управлении предметным изображением, где в качестве предметного изображения используют графику компьютерных игр, отличающийся тем, что в качестве устройства управления предметным изображением используют спортивный тренажер, который обеспечивает четкую взаимосвязь между пространственным положением пользователя, располагающегося на тренажере в полулечащем положении, и положением рукояток, которые пользователь перемещает руками вперед-назад вдоль продольной оси тренажера, а также обеспечивает высокую скорость изменения и широкий диапазон пространственных перемещений, на который помещают ребенка, регистрируют параметры перемещения рук и направление взгляда ребенка, используют компьютерные игры, направленные на стимуляцию согласованных действий рук и глаз, игры проводят по одной игре в день в течение 7-15 мин на протяжении не менее 25 дней до формирования устойчивой зрительно-моторной координации и повышения производительности исполнительных функций.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве регистрирующего устройства и электронновычислительной машины с монитором используют планшет, имеющий встроенные датчики (акселерометр и гироскоп), а также фронтальную камеру с функцией отслеживания глаз и располагающийся на подвижной части тренажера спереди.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве регистрирующего устройства и электронновычислительной машины с монитором используют планшет, имеющий встроенные датчики (акселерометр и гироскоп) и располагающийся на подвижной части тренажера спереди, а также VR шлем, имеющий внутреннюю камеру с функцией отслеживания глаз.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компьютерной игры, развивающей двигательную и когнитивные функции, проводят игру Ховербайк, заключающуюся в управлении ховербайком (летающим мотоциклом) для сбора целевых объектов и избегании столкновения с препятствиями.