Ретроспектива
70-80-е годы ознаменовались пиком научного интереса к физиологии сенсорных систем и, в первую очередь, к функционированию вестибулярной системы в условиях изменённой силы тяжести, так как наблюдаемые у космонавтов иллюзорные и вегетативные реакции в невесомости связывали с изменением вестибулярной функции в силу зависимости ее от гравитационного фактора, а также из-за обширности функциональных связей вестибулярной системы и облигатности ее участия в целостных реакциях организма.
В 1986 г. по инициативе академиков РАН Газенко О.Г. и Григорьева А.И. была создана и утверждена Всесоюзная целевая комплексная программа по проблеме космической болезни движения («КБД»), руководителем которой была назначена профессор, в настоящее время член-корреспондент РАН, Козловская И.Б., которая в ГНЦ РФ — ИМБП РАН создала отдел «Сенсомоторная физиология и профилактика» и, в частности, лабораторию «ВЕСТИБУЛЯРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ», входящую в состав отдела.
1986 год считается годом рождения лаборатории по исследованию вестибулярной физиологии и взаимодействующих с ней сенсорных систем. Начиная с этого периода и по настоящее время, научным консультантом работ, выполняемых этой лабораторией, является член-корреспондент РАН, профессор Козловская И.Б., а научным руководителем лаборатории – д.м.н., профессор Корнилова Л.Н.. Первый коллектив лаборатории включал следующих успешно работавших сотрудников: Клюшникову О.Н. (н.с., кандидат медицинских наук), Гончаренко А.М. (с.н.с., кандидат биологических наук), Арлащенко Н.И. (в.н.с., доктор биологических наук), Темникову В.В. (н.с.).
Сформированная ранее Корниловой Л.Н. программа клинико-физиологического обследования (КФО) вестибулярной функции не только сохранилась в лаборатории «ВЕСТИБУЛЯРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ» (Рис. 1 и Рис. 2), но и продолжала развиваться. Под руководством Корниловой Л.Н. разрабатывались и создавались новые методические приёмы и аппаратно-программные комплексы (АПК), внедрение которых при проведении КФО позволяло оценивать и дифференцировать состояние разных отделов вестибулярной системы и определять механизмы межсенсорных взаимодействий в условиях изменённой гравитационной среды (Табл.1).
Табл. 1. Программа вестибулярного КФО («Салют 4-7» – «МИР» 1970-2001)
Исследуемые параметры | Аппаратура, метод | Кол-во космонавтов |
Восприятие пространственных координат | Прибор «ВЕРТИКАЛЬ» (Авторское свидетельство № 897220, Бохов Б.Б., Корнилова Л.Н. и др.,1976) | 41 |
Отолитовый рефлекс | Прибор «ОТОЛИМЕТР» (Авторское свидетельство № 8791129, Корнилова Л.Н., Яковлева И.Я. и др.,1978) | 49 |
Спонтанные движения глаз | ЭОГ, позиции: 0°; 90°; 120° | 49 |
Фиксационные саккады | ЭОГ, позиции: 0°; 90°; 120° | 49 |
Плавное слежение | ЭОГ, позиции: 0°; 90°; 120° | 49 |
Тактильно-проприоцептивное взаимодействие (глазодвигательные реакции при мышечных напряжениях – прием Ендрассика) | ЭОГ, позиции: 0°; 90°; 120° | 49 |
Глазодвигательные реакции при мозжечковых пробах | ЭОГ, пальце-носовая проба, позиции: 0°; 90°; 120° | 49 |
Глазодвигательные реакции на постуральные воздействия | ЭОГ, позиции: 0°↔120°↔0° | 49 |
Канало-отолитовое взаимодействие | ЭОГ, проба Воячека (вращение с наклоном и без наклона головы при стоп стимуле) | 29 |
Вестибуло-окуломоторные реакции при отсутствии и наличии фиксационной мишени | ЭОГ, вращение без фиксации и с фиксацией взора на вращающейся вместе с креслом зрительной мишени | 18 |
Рис. 1. Предполетное исследование точности восприятия субъективной зрительной вертикали
Рис. 2. Предполетное исследование вестибуло-окуломоторных реакций при вращении
Внедрение в практику пред- и послеполетных исследований космонавтов комплексной программы КФО ВЕСТИБУЛЯРНОЙ ФУНКЦИИ И ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ С НЕЙ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ дало возможность дифференцировать механизмы вестибулярных нарушений, определять удельный вклад различных сенсорных входов в их формирование, оценивать роль собственно сенсорного и гемодинамического факторов в их развитии. Фрагмент послеполётного обследования по программе КФО вестибулярной функции и взаимодействующих с ней сенсорных систем представлен на Рис. 3
Рис. 3. Послеполётное обследование космонавта Бударина Н.М. по программе вестибулярного КФО
Наряду с созданием и реализацией программы вестибулярного КФО проводились работы по формированию и проведению международных бортовых экспериментов.
По Программе «КБД» в рамках международной программы «ИНТЕРКОСМОС» с привлечением Венгрии, Чехословакии, Германии, Польши, Болгарии, а также в рамках широкой международной кооперации с Австрией и США, были разработаны и поставлены на борт космических кораблей новые АПК, позволившие провести изучение вестибулярной функции и зрительного слежения в условиях невесомости как в условиях свободного парения, так и при дополнительных визуальных, вестибулярных и опорных стимулах (Табл. 2).
Табл. 2. Бортовые эксперименты (1981-1999 гг.)
Название эксперимента | Кол-во космонавтов | Страны-участницы | Космические станции |
«Анкета» | 104 | Россия | «Салют-6» – «МИР» (1981-2002) |
«Оптокинез» | 6 | Россия – Венгрия | «Салют 6-7» (1984-1986) |
«Окулостим» | 4 | Россия | «Салют-7» (1986-1987) |
«Лабиринт-1», «Лабиринт-2» | 8 | Россия – Болгария | «МИР» (1988-1991) |
«Оптоверт-1», «Оптоверт-2» | 17 | Россия – Австрия | «МИР» (1992-1999) |
«ВОГ» | 4 | Россия – Германия | «МИР» (1996-1997) |
«Асимметрия» | 4 | Россия – Словакия | «МИР» (1997-1999) |
«Биоуправление» | 4 | Россия – США | «МИР» (1997-1999) |
В ходе бортовых экспериментов впервые были зарегистрированы уникальные феномены, такие как отсутствие и инверсия отолитового рефлекса, инверсия векционных иллюзий, а также было установлено, что снижение тонической (статической) вестибулярной возбудимости сопровождается повышением динамической реактивности вестибулярной системы, подтверждаемым статистически значимой отрицательной корреляцией. На Рис. 4 представлен момент обследования космонавта Полякова В.В. по программе «АУСТРОМИР» после 438-cуточного космического полёта (эксперимент «ОПТОВЕРТ), на Рис. 5 – обследование космонавта Корзуна В.Г.
Рис. 4. Послеполётное обследование космонавта Полякова В.В. по программе космического эксперимента «ОПТОВЕРТ»
Рис. 5. Послеполётное обследование космонавта Корзуна В.Г. по программе научного эксперимента «СЕНСОРНАЯ АДАПТАЦИЯ»
По Программе «КБД» лабораторией «ВЕСТИБУЛЯРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ», наряду с интенсивными исследованиями механизмов нейровестибулярной адаптации к измененной силе тяжести в условиях космического полёта, были начаты исследования в модельных экспериментах (5-и и 7-и суточная «сухая» горизонтальная иммерсии) и на клинических моделях в кооперации с кафедрой неврологии Первого Московского Государственного Медицинского Университета (Первого МГМУ) им. И.М. Сеченова и кафедрой оториноларингологии Российского Национального Исследовательского Медицинского Университета (РНИМУ) им. Н.И. Пирогова.
Результаты, полученные непосредственно в условиях невесомости, после полёта, в модельных и клинических условиях позволили лаборатории «ВЕСТИБУЛЯРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ» сформировать представления о функционировании вестибулярной и взаимодействующих с ней сенсорных систем в условиях измененной силы тяжести.
Было показано, что в условиях невесомости развивается центральная деафферентация искажённого вестибулярного сигнала, приводящая к развитию новой стратегии зрительного слежения (т.н. «саккадического аппроксимирования») при вовлечённости в её формирование иннервационных механизмов всех уровней вестибулярной и глазодвигательной систем.
Иммерсионные эксперименты (Рис. 6), которые были организованы и проведены под руководством член.-корр. РАН, проф. Козловской И.Б., впервые продемонстрировали, что устранение опорной и снижение проприоцептивной афферентации через центральные интегративные механизмы вестибулярной системы может приводить к изменению функции собственно вестибулярного входа и к нарушению точностных, скоростных и временных характеристик всех форм зрительного и зрительно-мануального слежения.
Рис. 6. Исследование зрительно-мануального слежения на АПК «СЕНСОМОТОР» в ходе иммерсионного эксперимента
Результаты многолетних исследований перцептивных и сенсомоторных нарушений, имеющих место в условиях невесомости и затрудняющих управление движением, позволили выявить признаки нарушений функции зрительного слежения и предложить критерии, необходимые для разработки новых методов контроля и тренировок по оптимизации качества зрительного управления движением космических объектов.
Специалистам ФГБУ НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина, МГУ имени М.В. Ломоносова и ГНЦ РФ – ИМБП РАН удалось теоретически обосновать и экспериментально доказать возможность имитации факторов космического полета, провоцирующих сенсорные нарушения, на динамических стендах-тренажёрах типа центрифуги с программно-математическим обеспечением тренировок космонавтов и контроля качества визуально-ручного управления космическими объектами. В основу нового профессионального отбора и подготовки космонавтов к визуально-ручному управлению сложными эргатическими системами был положен принцип воспроизведения всех физиологических эффектов невесомости путём моделирования внутри-вестибулярного (отолито-каналового) конфликта.
За создание первого в практике мировой космонавтики интеллектуального динамического стенда-тренажёра с новым информационным обеспечением для отбора и тренировок космонавтов коллектив авторов – Садовничий В.А., Александров В.В., Лемак С.С., Григорьев А.И., Козловская И.Б., Корнилова Л.Н., Климук П.К., Воронин Л.И. – был удостоен Государственной премии РФ по науке и технике в 2002 году. Данный динамический стенд-тренажёр был создан на базе ЦФ-18 в ФГБУ НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина (Рис. 7).
Рис. 7. Динамический стенд-тренажёр (ЦФ-18) по отработке операций на орбите и спуску на Землю по программам орбитальных станций «МИР» и МКС
Современная неврология, вестибулология, отоневрология, офтальмология, психофизиология, терапия и др. области медицины нуждаются в мобильных, портативных, полифункциональных АПК, которые позволяли бы получать в сжатые сроки оперативную, диагностически важную объективную информацию о состоянии сенсомоторных систем, обеспечивающих ориентацию человека в пространстве.
Для диагностики нарушений функционирования этих систем коллективом лаборатории «ВЕСТИБУЛЯРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ» были созданы специальные методы (Рис. 8) и комплексы компьютерных тестов (Корнилова Л.Н. и др., патент РФ № 1454374, 1993 г.; патент РФ № 2301622, 2007 г.; патент РФ № 2307575, 2007 г.). Компьютеризация исследований, проводимых лабораторией, была выполнена с помощью высококвалифицированных математиков-программистов (Сагаловича С.В., Стефанкова Д.Ю., Азарова К.А., Наумова И.А.). Эти специалисты совместно с ООО Научно-медицинская фирма «СТАТОКИН» (генеральный директор Доценко В.И.), ЗАО Особое конструкторского бюро «РИТМ» (руководитель отдела Слива С.С.) и ООО Научно-производственное объединение «ИННОВАЦИОННЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ» ОЭЗ ТВТ Дубна (Борунов Д.Л.), разработали АПК, такие как «СЕНСОМОТОР», «ОКУЛОСТИМ», «ВИРТУАЛ», «ОКУЛОСТИМ – КМ».
Рис. 8. Патенты лаборатории от 2007 г.
Созданные АПК и новые компьютерные методы исследования вестибулярной функции, межсенсорных взаимодействий, зрительного и зрительно-мануального слежения позволили сформировать для экипажей международной космической станции (МКС) новую программу КФО «ОЦЕНКА ВЕСТИБУЛЯРНОЙ ФУНКЦИИ» и пред- и послеполётные научные эксперименты «СЕНСОРНАЯ АДАПТАЦИЯ-1», «СЕНСОРНАЯ АДАПТАЦИЯ-2» (Рис. 9) и совместный российско-бельгийский эксперимент «ГейзСПИН» (Рис. 10).
Рис. 9. Послеполётное обследование космонавтов (Волков С.А., Новицкий О.В.) по программе научного эксперимента «СЕНСОРНАЯ АДАПТАЦИЯ»
Рис. 10. Послеполётное обследование космонавтов по программе научного эксперимента «ГейзСПИН»
На основе многоуровневого подхода к изучению системы ориентации и межсенсорных взаимодействий были разработаны специальные методические приемы исследования вестибулярной функции, межсенсорных взаимодействий, зрительного и зрительно-мануального слежения и АПК «СЕНСОМОТОР», «ОКУЛОСТИМ», «ОКУЛОСТИМ – КМ», «ВИРТУАЛ» с уникальным программным обеспечением (Рис. 11).
Рис. 11. АПК «ОКУЛОСТИМ». Исследования зрительно-индуцированных глазодвигательных реакций и точности зрительно-мануального слежения в отсутствие и на фоне зрительных помех
Созданные АПК, в частности «ОКУЛОСТИМ» и «ВИРТУАЛ», носят инновационный характер и позволяют проводить исследования вестибулярной функции и практически всех форм зрительного и зрительно-мануального слежения в условиях невесомости, в период реадаптации к земной силе тяжести после космических полётов, а также в модельных и клинических условиях.
Апробация компьютерных тестов и АПК «ОКУЛОСТИМ» в космической медицине показала возможность:
- получать оперативную объективную информацию о состоянии вестибулярной системы и различных уровней ЦНС;
- оценивать и прогнозировать качество следящей функции глаз и зрительно-мануального слежения в ситуациях, осложненных дополнительными зрительными и вестибулярными воздействиями.
Апробация АПК — «ОКУЛОСТИМ – КМ» в клинических условиях на кафедре неврологии Первого Московского Государственного Медицинского Университета (ПМГМУ) им. И.М. Сеченова, проведённая совместно с академиком Вейном А.М. и профессором Соловьёвой А.Д., продемонстрировала возможность проведения экспертно-диагностической оценки состояния вестибулярной функции, глазодвигательной системы, системы ориентации в целом и возможность объективизации субъективных жалоб пациентов на головокружения и нарушения равновесия.
В последние годы коллективом лаборатории «ВЕСТИБУЛЯРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ» – Корниловой Л.Н., Сагаловичем В.Н., Наумовым И.А., Хабаровой Е.В. и Екимовским Г.А. проводились работы по разработке диагностических критериев для дифференциации вестибулопатий различного генеза, для чего методами дискриминантного статистического анализа проведена обработка результатов обследования более 200 клинических больных, анализ которых позволил классифицировать патологии вестибулярного аппарата в зависимости от происхождения нарушения.
Впервые на основе сформированной совокупности диагностических критериев создан компьютерный целостный алгоритм дифференциальной диагностики периферической, церебральной и психогенной вестибулопатии у отдельного больного в досимптомной (субклинической) фазе заболевания без проведения дополнительных клинических обследований нейровизуальными и инструментальными средствами.
Совпадение результатов обследования на АПК «ОКУЛОСТИМ – КМ» с клиническим диагнозом и данными магнитно-резонансной томографии (МРТ):
- периферическая вестибулопатия – 95.8 % обследуемых
- церебральная вестибулопатия – 88.9 % обследуемых
- психогенная вестибулопатия – 81.0 % обследуемых
Разработанная концепция и созданный алгоритм дифференциации вестибулопатий различного генеза с помощью комплекса экспертно-диагностических компьютерных тестов оригинальны, не имеют аналогов в отечественной и зарубежной литературе.
Коллективом лаборатории с помощью этой же клинической модификации АПК «ОКУЛОСТИМ – КМ», имеющей три варианта стимуляционных программ (зрительный, вестибулярный и сочетанный) разработан и создан нефармакологический (компьютерный) метод профилактики, коррекции и купирования неблагоприятных перцептивных и сенсомоторных реакций (головокружение и нарушение равновесия) с помощью выработки фиксационного рефлекса на фоне как раздельной, так и сочетанной оптокинетической и вестибулярной стимуляции в условиях биологической обратной связи (Корнилова Л.Н. и др., Патент РФ № 2301622, 2007 г.).
Апробация нефармакологического компьютерного метода терапии головокружений и нарушений равновесия в клинике показала его эффективность как для больных с органической (периферической, церебральной), так и с психогенной вестибулопатией. Этот метод рекомендован в практику подготовки космонавтов.
Созданный и апробированный (2009-2013 гг.) в клинике и модельных экспериментах инновационный компьютерный метод дифференциальной диагностики нарушений вестибулярной системы, межсенсорных взаимодействий и зрительного слежения (АПК «ВИРТУАЛ») успешно реализован в практике пред- и послеполётных обследований космонавтов и на борту РС МКС в ходе полёта экипажа МКС-37/38 Рязанского С.Н. и Котова О.В. (КЭ «ВИРТУАЛ») (Рис. 12).
Рис. 12. Космический эксперимент «ВИРТУАЛ» на борту РС МКС в ходе полёта экипажей МКС-37/38/39 (Котова О.В., Рязанского С.Н., Тюрина М.В.)
Получены новые данные о роли гравитации в функционировании вестибулярного аппарата, характере межсенсорного взаимодействия и точности зрительного восприятии пространства. По результатам статистического анализа данных послеполетного обследования 42-х космонавтов РС МКС установлено, что длительное пребывание в невесомости сопровождается:
- резким снижением (иногда полной деафферентацией) тонического (статического) отолитового вестибулярного рефлекса с одновременным повышением рефлексов с полукружных каналов (значимая отрицательная корреляция);
- статистически значимым ухудшением всех показателей зрительного и зрительно-мануального слежения (при зрительно-мануальном слежении мануальное (ручное) значительно точнее зрительного);
- наличием корреляционных связей между показателями вестибулярной функции и зрительного слежения, их отсутствием между показателями вестибулярной функции и мануального слежения;
- статистически значимым уменьшением периода послеполетного восстановления показателей зрительного, зрительно-мануального слежения и вестибулярной функции при повторном космическом полете.
В 2011-2013 гг. сотрудники лаборатории принимали активное участие в разработке, создании и приемке существующего в отделе гальванического и стохастического вестибулярного стимулятора, созданного совместно с Санкт-Петербургским государственным университетом аэрокосмического приборостроения.
В настоящее время коллектив лаборатории планирует продолжить исследования по определению роли того или иного сенсорного входа в межсенсорном взаимодействии, обеспечивающем точность восприятия и ориентации в пространстве. Кроме того, перспективными направлениями исследований являются гальваническая/стохастическая вестибулярная стимуляция для профилактики и коррекции головокружений и нарушения равновесия; разработка диагностических критериев для объективной диагностики системных (вестибулярных) и несистемных головокружений и нарушений равновесия у больных в субклинической фазе заболевания, а также создание и развитие инновационных компьютерных методов и портативных АПК.
С момента возникновения лаборатории Корниловой Л.Н. совместно с сотрудниками опубликовано свыше 200 работ в России и за рубежом (более 100 в рецензируемых журналах), 8 глав в монографиях и получено 9 патентов.
Корнилова Людмила Николаевн, доктор медицинских наук, профессор, лауреат Государственной премии РФ по Науке и Технике, академик Международной академии астронавтики награждена:
- медаль «Ветеран Труда»
- медаль «850 лет Москвы»
- золотая и бронзовая медали ВДНХ
- золотая медаль Endre Hogyes Венгерской Академии Наук
- золотая медаль Чехословацкой Академии Наук
- медаль «20 лет ИНТЕРКОСМОСУ» Словацкой Академии Наук
- Диплом «Who’s Who in Science and Engineering» «MARQUIS — WHO’S WHO»
- Государственная Премия Российской Федерации в области Науки и Техники
- медаль «Ветеран ИМБП»
- почётное звание «Ветеран космонавтики России»
- почётное звание «Ветеран космической медицины ЦПК им. Ю.А. Гагарина»
- почётный знак «50 лет полёта Ю.А. Гагарина — ЦПК им. Ю.А. Гагарина
- медаль Гагарина от Федерального космического агенства за личный творческий вклад в реализацию космических программ и проектов
- медаль академика О.Г. Газенко от Федерации Космонавтики России за заслуги перед космонавтикой
Коллектив лаборатории «ВЕСТИБУЛЯРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ» в настоящее время:
- Корнилова Людмила Николаевна – д.м.н., профессор, заведующая лабораторией
- Сагалович Виктор Наумович – д.т.н., ведущий программист
- Наумов Иван Андреевич – старший научный сотрудник
- Екимовский Георгий Александрович – врач, старший специалист, научный сотрудник
- Глухих Дмитрий Олегович – младший научный сотрудник, аспирант
- Хабарова Екатерина Владимировна – младший научный сотрудник
- Павлова Александра Сергеевна – старший лаборант-исследователь