Боль можно обнаружить даже при малейших движениях лица

Фото из открытых источников

На протяжении многих поколений боль измерялась одним и тем же способом: оценивали по шкале от одного до десяти, указывали на лицо на схеме или пытались описать медсестре, насколько сильно болит.

Ответы помогают, но их получение зависит от того, способен ли человек говорить, помнить или решиться честно сообщить о случившемся.

Никто не ожидал появления второго канала – непрерывно работающего прямо перед лицом, слишком маленького, чтобы его увидеть, и синхронизированного с биением сердца. Это было видно только камере, которая сканировала кожу вокруг глаз 30 раз в секунду.

Исследователи из Ратгерского университета хотели определить, связана ли боль с собственными сигналами организма, а не искать ответ на какой-то один конкретный вопрос. Их идея заключалась в том, чтобы отслеживать мельчайшие микро-движения по лицу — короткие, едва заметные мелькания — и сопоставлять их с ритмом сердцебиения. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Neuroscience.

Руководителем работы была профессор Элизабет Торрес из Ратгерского университета, совместно с Моной Эльсаед. В лаборатории сенсомоторной интеграции группа исследователей изучает едва заметные движения тела при аутизме, болезни Паркинсона и других неврологических заболеваниях.

Команда исследователей сняла на видео 45 здоровых взрослых во время выполнения коротких заданий. В меньшей группе из 21 добровольца они одновременно, посекундно, записывали сердечную активность участников.

Чтобы вызвать боль, команда обмотала манжету для измерения артериального давления вокруг недоминантной руки каждого добровольца и сжала ее достаточно сильно, чтобы вызвать глубокую, нарастающую боль, которая сохранялась на протяжении всего выполнения каждого задания.

Волонтеры выполнили четыре разных задания: сидели неподвижно, рисовали извилистую дорожку между цифрами и буквами, указывали на мишень и вставляли рифленые штифты в доску. Каждое задание давало исследователям возможность по-разному взглянуть на реакцию лица.

Простая веб-камера записывала лицо 30 раз в секунду. Специально разработанное программное обеспечение накладывало 68 точек на брови, щеки и челюсть, улавливая изменения скорости, слишком незначительные для того, чтобы можно было увидеть какие-либо выражения лица. Небольшой датчик на груди отслеживал время каждого сердцебиения и записывал сердечный ритм.

Затем исследователи измерили, насколько сильно изменялись промежутки между ударами сердца от момента к моменту. Эти колебания служили мерилом того, насколько регулируемой — или находящейся под нагрузкой — была сердечно-сосудистая система.

Область вокруг глаз сразу выдавала это. По мере того, как манжета выполняла свою работу, шум в движении вокруг бровей и век резко усиливался – сильнее, чем в области щек или челюсти. До этого исследования никто не смог установить столь тесную, ежесекундную связь между изменениями на лице и болью у здоровых взрослых. Этот сигнал появлялся преимущественно вокруг глаз, даже когда ничто другое не двигалось так, как наблюдатель мог бы назвать выразительным.

«Уже через несколько секунд мы могли наблюдать отражение болевой реакции организма в мельчайших движениях лица. Чем сильнее нарушалась работа сердца, тем отчетливее это отражалось на лице», — сказал Торрес.

Два сигнала не просто возникали одновременно – они следовали друг за другом. По мере того, как промежутки между ударами сердца становились все более нерегулярными, в области глазного дна становилось все больше шума.

Эта связь наиболее отчетливо проявилась во время выполнения задач с меньшей когнитивной нагрузкой, таких как указание на цель или вставка колышков в доску. В ходе этих мероприятий корреляция между лицом и сердцем была особенно сильной.

В предыдущих исследованиях нерегулярное сердцебиение давно описывалось как признак физиологического стресса. Новинкой здесь является видимый аналог этого явления на лице, запечатленный с помощью простой веб-камеры.

Когда ум был занят, связь ослабевала.

Задание на рисование — стандартная когнитивная оценка, требующая отслеживания букв и цифр по порядку, — заметно снизило уровень связи. Боль по-прежнему ощущалась, но менее отчетливо.

«Повышенная когнитивная нагрузка, по сути, вытесняет боль», — сказал Торрес.

Более сложные умственные задачи, по-видимому, ослабляли сигнал. Исследователи до сих пор не знают, происходит ли это из-за переключения внимания с боли или из-за того, что нервная система действительно подавляет её.

Возможно, именно поэтому сложный кроссворд или захватывающий фильм могут притупить головную боль. Это также дает врачам целенаправленный рычаг для повышения болевого порога: отвлечение внимания как обезболивающее.

Затем команда задалась вопросом, какой сигнал предшествовал другому. Они сравнили данные о сердце и лице в обоих направлениях, изучая, насколько знание одного потока уменьшает неопределенность другого.

Зная, что происходило с сердцем всего несколько мгновений назад, а также учитывая недавнюю активность лица, было легче предсказать, что будет происходить в области глаз в дальнейшем.

В условиях болевых ощущений эта закономерность сохранялась во всех четырех задачах.

Проще говоря, лицо отражает всё более неровную работу сердца. Если же внимательно присмотреться к глазам, можно наблюдать за работой сердечно-сосудистой системы в режиме реального времени.

Выборка была небольшой. В нее вошли всего 45 здоровых взрослых, при этом парные записи сердцебиения и лица были получены от 21 участника.

Этого достаточно, чтобы сформировать сигнал, но недостаточно для создания клинического инструмента.

Добровольцы были молодыми, а боль в области манжеты была кратковременной и контролируемой — совсем не похожей на длительную боль, которую испытывают пациенты с хроническими заболеваниями.

Боль от давления — это лишь один из видов боли. Остается неизученным вопрос, проявляются ли одинаковые болевые ощущения на лице при ожогах, невралгии или медленном прогрессировании артрита.

Остаются также вопросы о том, насколько хорошо этот подход применим к пожилым людям или группам населения со сложными клиническими заболеваниями.

Краткое сканирование лица не заменит разговора. Но оно может предоставить врачам дополнительный канал связи с людьми, которые не могут говорить за себя – маленькими детьми, людьми, перенесшими инсульт, и людьми с деменцией.

Как показал недавний обзор, боль в этих группах постоянно недооценивается. Объективная оценка с использованием видеокамеры могла бы помочь частично восполнить этот пробел.

Торрес и ее команда сейчас адаптируют этот подход в инструмент для смартфонов через дочернюю компанию, получившую лицензию от Ратгерского университета.

Система предназначена для отслеживания болевых ощущений с течением времени и, возможно, для определения того, начинает ли лечение или лекарство действовать.