Как виртуальная реальность спасает людей
Увидеть свет
В 2016 году нейрохирурги из французской Университетской больницы Анже впервые в мире удалили опухоль головного мозга, применив прибор виртуальной реальности. VR и раньше задействовали при таких операциях – например, для наглядного моделирования ситуации. Но на этот раз виртуальный мир стал полноценным хирургическим «инструментом».
Для этого врачам не потребовалось носить в операционной специальные очки виртуальной реальности. Гарнитуру надел пациент: во время процедуры он оставался в сознании. Стоит отдать должное смелости этого человека. Из-за опухоли один его глаз уже лишился зрения к моменту операции, так что малейшая ошибка хирургов могла оставить пациента слепым. Впрочем, именно эта опасность и подсказала медикам нестандартное решение.
Чтобы действовать наверняка, нужно было отслеживать состояние больного как можно точнее, так что врачи скомбинировали две методики мониторинга. Во-первых, активность мозга регистрировали привычным методом электроэнцефалографии с помощью электродов. Во-вторых, для операции смоделировали особую виртуальную среду: в поле зрения время от времени появлялись светящиеся объекты, пациент следил за ними здоровым глазом. Это помогло точно установить, какие участки мозга активизируются. Хирурги успешно удалили опухоль, не задев эти участки. Повторные обследования через несколько недель показали: зрение не пострадало.
Врачи из Анже уверены: метод VR-контроля во время операций будет развиваться вместе с техникой. Но может ли виртуальная реальность лечить сама по себе? Чтобы ответить на этот вопрос, разберемся, как устроен мир иллюзий и как туда попасть.
Дорога в виртуальность
Первые шаги к созданию рукотворного «мира» сделала еще классическая живопись. В конце XVIII века появились картины-панорамы, где множество сцен, вытянутых в замыкающуюся ленту, буквально окружали зрителя, создавая ощущение кольца горизонта. Для панорам строили специальные округлые здания – именно в таком разместилась знаменитая «Оборона Севастополя».
Настоящий прообраз современных очков и шлемов виртуальной реальности появился в конце 1830-х годов. Устройство под названием «стереоскоп» позволяло рассматривать фотографии в объеме. Для этого создавалась стереопара – два слегка отличающихся фото одного и того же объекта (например, снятых с двух точек на небольшом расстоянии друг от друга). Если расположить их так, чтобы каждый глаз человека видел только один снимок, одно изображение «наложится» на другое, создавая эффект объема. Особенной популярностью пользовался «виртуальный туризм»: люди могли часами рассматривать снимки лесных тропинок и парковых аллей, уходящих куда-то в глубину.
Наверное, самая впечатляющая «VR-технология» середины ХХ века – персональный кинотеатр Sensorama. Устройство напоминало современные игровые автоматы-симуляторы, но задействовало сразу все чувства пользователя. На экране мелькали объемные изображения, их сопровождал стереозвук, кресло под зрителем вибрировало. В дополнение к этому Sensorama в нужный момент генерировала запахи и дуновение ветра. Впрочем, большим успехом симулятор не пользовался.
Sensorama / ©sensoramalab
Современные гарнитуры виртуальной реальности, конечно, не сравнить с их аналоговыми «предками». Эти приборы мастерски работают с нашими чувствами. Для зрения – впечатляющие 3D-ландшафты, для слуха – саунд-дизайн с помощью многоканальных акустических систем. Чтобы зритель мог взаимодействовать с виртуальными объектами как с реальными вещами, используются специальные перчатки и целые VR-костюмы, передающие тепло, вибрацию и тактильные ощущения. Идут разработки современных устройств, воспроизводящих запахи. Чаще всего они смешивают несколько парфюмированных растворов в соответствии с заложенной программой и в нужный момент постепенно испаряют смесь.
Сегодня все это востребовано в первую очередь в индустрии развлечений. Сколько возможностей для интерактивных компьютерных игр! Тут и симуляторы полетов, и поединки на тщательно отрисованном виртуальном оружии. Но вспомним, что искусственная среда способна не только развлекать.
Анатомия 3D
Врач – одна из тех профессий, где образование не только играет решающую роль, но и никогда, по сути, не заканчивается. И студенту, и специалисту нужны огромные объемы информации и постоянная практика. Виртуальная реальность способна решить обе задачи.
Уже сейчас во многих медицинских вузах мира используются виртуальные приложения к привычным анатомическим атласам. Студенты рассматривают объемные изображения во всех подробностях, увеличивая нужные участки. А еще на 3D-органах можно смоделировать процессы, происходящие в человеческом теле – например, увидеть, как по сосудам двигается кровь.
Будущим хирургам VR-технологии помогут подготовиться к работе в операционной. На смену видеозаписям операций приходит панорамная съемка. В апреле 2016 года врачи Королевской больницы Лондона впервые в мире провели полноценную панорамную трансляцию операции. Изображение с нескольких камер объединили в «окружность», так что зрители могли переключаться в поисках самой удобной точки зрения. Эту технологию нельзя назвать виртуальной реальностью в полной мере, так как в настоящей VR-зритель обычно взаимодействует с объектами. Но панорамные съемки могут стать основой медицинских приложений-симуляторов, на которых студенты будут оттачивать технику. К тому же это важный шаг к развитию дистанционного обучения врачей в любой точке мира.
Лекарство от страха
Как ни странно, непосредственно в процессе лечения виртуальную реальность стали использовать еще до появления «объемных» атласов и видео. В 1990-х на зарождающуюся технологию обратили внимание психологи и психиатры. За десятилетие до этого врачи ввели в употребление понятие посттравматического стрессового расстройства (ПТСР) – тяжелого состояния, иногда возникающего у тех, кто столкнулся с психотравмирующей ситуацией.
Изначально ПТСР стало известно как «вьетнамский синдром», потому что в конце 1970-х его чаще всего диагностировали у солдат, вернувшихся с войны в Юго-Восточной Азии. Позже выяснилось, что этим расстройством страдают также люди, пережившие тяжелые болезни или домашнее насилие. Уровень тревожности у жертв ПТСР был крайне высок, у них то и дело случались пугающие воспоминания-флешбеки, либо, наоборот, какой-то период жизни полностью выпадал из памяти.
В конце 1990-х психолог Барбара Ротбаум работала с ветеранами Вьетнамской войны, страдающими ПТСР. Барбара и ее коллеги создали виртуальные модели мест, значимых для одного из пациентов. Первой моделью стал вертолет, летящий над Вьетнамом, второй – небольшая поляна в джунглях. Эти модели дополнили сеансы экспозиционной терапии, метода, при котором пациент начинает взаимодействовать с пугающими образами постепенно. Со временем психика адаптируется к ним и страх отступает. По оценкам медиков, после терапии с использованием виртуальной реальности тревожность пациента Ротбаум снизилась на 34%. Сам ветеран оценил снижение еще сильнее, до 45%.
Сегодня виртуальная реальность позволяет справляться со многими расстройствами психики. Она дополняет экспозиционную терапию при лечении фобий: например, те, кто панически боится высоты, могут «побывать» на крыше небоскреба, при этом зная, что на самом деле они в полной безопасности.
©VR-STORE
Также VR помогает людям, страдающим паранойей и схожими расстройствами. Недавнее исследование ученых Оксфордского университета показало, что репетиция пугающих ситуаций в виртуальной среде значительно снижает страх в реальности. В ходе эксперимента 30 человек с острым бредом преследования «общались» с виртуальными собеседниками в нескольких смоделированных ситуациях – в лифте или вагоне метро. Людей разделили на две группы: в первой участники использовали при «общении» привычные защитные приемы, во второй отказались от них. Тренировки в VR-среде помогли: значительное снижение тревоги почувствовали 20% участников в первой группе и больше 50% во второй.
Иллюзия против боли
Методы виртуальной реальности облегчают не только душевное, но и физическое состояние. Например, в ожоговом отделении больницы Университета Лойолы в Иллинойсе VR уже несколько лет используют наряду с обезболивающими препаратами. Во время болезненных процедур пациенты играют в симулятор SnowWorld. Это виртуальная игра в снежки на фоне полуфантастического зимнего пейзажа с замерзшими реками, снеговиками и пингвинами. Игроку нужно сконцентрироваться на выполнении заданий, поэтому он поневоле отвлекается от физических ощущений. МРТ-исследования подтвердили, что во время игры боль действительно воспринимается слабее.
©themedicportal
Еще один симулятор, Virtual Meditative Walk, помогает справляться с хроническим болевым синдромом. Сеанс выглядит так: пациент медленно идет по беговой дорожке, наблюдая за постепенно меняющимся пейзажем вокруг. Виртуальная прогулка дополняет так называемую «медитацию осознанности» (англ. mindfulness meditation), во время которой человек полностью сосредотачивается на своем состоянии в данный момент, не думая ни о прошлом, ни о будущем.
Физическое состояние и реакции пациента постоянно отслеживают мониторы. Они измеряют показатели, указывающие на уровень стресса – например, температуру тела и пульс. В начале «прогулки» виртуальные горы вокруг окутаны туманом, но по мере того, как больной сосредотачивается и успокаивается, туман рассеивается. Это позволяет пациентам легче концентрироваться и, как следствие, обращать меньше внимания на боль.
Возвращение к жизни
Технологии виртуальной реальности способны не только лечить, им под силу восстановить многие функции организма после тяжелой болезни. Основное направление подобных разработок – реабилитация после инсульта. VR становится важной частью физиотерапии, она помогает вернуть утраченную свободу движений.
В 2015 году такую методику успешно протестировали в госпитале Валь д’Эброн в Барселоне. Одной из участниц исследования стала Глория Боу Феррейро, пережившая инсульт сразу после родов. Женщина оказалась практически парализована: тело не слушалось ее, она едва могла говорить. Несколько месяцев Глория участвовала в программе реабилитации, куда входила и недавно разработанная VR-игра.
Пациентка должна была взаимодействовать с предметами на экране, перемещая ладони с закрепленными на них датчиками. Поначалу задача казалась невыполнимой, но со временем Глория освоила множество уровней игры, включая виртуальный аналог боулинга. «Программа реабилитации оказалась по-настоящему мотивирующей. Я могла совершенствовать движения рук, сама того не осознавая, абсолютно естественным путем», – говорит женщина. Самостоятельные занятия дома после возвращения из больницы необыкновенно важны для тех, кто перенес инсульт. Теперь, когда программа доказала свою эффективность, ее планируют использовать по всей Европе.
Будьте как дома
Лежать в больнице не любит никто – с этим не поспоришь. Но даже больничную палату можно сделать не такой унылой, если обратиться к виртуальной реальности.
Разработчики из Голландии создали программу VisitU для детей, которые проводят много времени в стационаре и скучают по дому, родителям и друзьям. Для работы приложения нужна панорамная камера, она снимает все происходящее дома или в школьном классе и передает изображение на VR-гарнитуру. Знакомая обстановка буквально окружает ребенка и позволяет хотя бы ненадолго забыть о процедурах и анализах.
Виртуальные препятствия
Программы и оборудование развиваются стремительно, и VR-методики стабильно фигурируют в большинстве обзоров «технологий будущего». Неужели перспективы действительно такие захватывающие и безоблачные? Безусловно, на пути виртуальной реальности есть определенные преграды.
Одна из главных технических проблем – «эффект укачивания», он возникает, если VR-гарнитура подключена к не слишком мощному компьютеру. Когда устройство «тормозит» и воспроизводит меньше 90 кадров в секунду, в изображении появляются внешне незаметные «пробелы» и пользователь начинает ощущать легкую тошноту.
Производители шлемов и очков виртуальной реальности уже давно борются с этим эффектом. В октябре 2016 года разработчики одной из самых популярных гарнитур Oculus Rift предложили новое решение проблемы. Если компьютеру не хватает мощности, подключается технология «асинхронного заполнения пропущенных кадров». Программное обеспечение анализирует кадры, соседствующие с «пробелом», и на их основе синтезирует новый промежуточный кадр. Такой метод позволит снизить требования к мощности компьютеров и сделает виртуальную реальность доступнее.
Ряд проблем связан и с физическим состоянием больных. VR-технологии все еще очень «молоды», а значит, их воздействие недостаточно изучено. Но уже сейчас многие врачи настаивают на том, что погружение в виртуальную реальность может оказаться опасным для людей с эпилепсией и другими диагнозами. Это не означает, что от использования VR в медицине придется отказаться – скорее, нас ждут новые исследования возможностей виртуальной реальности.
Что ждет VR-медицину?
Технологии становятся доступнее и разнообразнее, поэтому в ближайшее время виртуальная реальность будет набирать популярность год от года. По прогнозам исследовательской компании MarketsandMarkets, к 2022 году рынок технологий виртуальной реальности может вырасти почти до 34 миллиардов долларов (в 2015 емкость этого рынка составила 1,37 миллиарда долларов).
Рост популярности технологии в целом скажется и на использовании в медицине. Появятся новые методики применения виртуальной реальности в лечении и реабилитации. Наверняка не заставят себя ждать и новые технические решения: эффект присутствия станет еще более ощутимым.
Почему по всему миру идут разработки новых способов применения виртуальной реальности в медицине? Дело не только в ее обезболивающих и успокаивающих свойствах. Виртуальная реальность вовлекает пациента в процесс лечения, дает ему почувствовать себя не объектом медицинских манипуляций, а союзником врача. Выполняя задачи в VR, человек осознает ответственность за собственное здоровье и видит, что его возможности куда шире, чем может показаться. Нельзя забывать и о том, что большая часть медицинских программ виртуальной реальности – это игры. Игра увлекает, дарит новые ощущения, разбавляет больничную рутину.
Как и любую медицинскую технологию, виртуальную реальность ждут тщательные испытания. Нужно проверить, какое влияние она оказывает на больных в долгосрочной перспективе, насколько стойким окажется ее эффект. Эти исследования могут существенно ограничить применение VR, а могут, напротив, помочь новым разработкам. В одном нет никаких сомнений: в виртуальном мире нас ждут самые настоящие открытия.
Наталья Пелезнева, Naked ScienceПортал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
