Technologie rozhraní Brain Computer Interface (BCI) pro rehabilitaci rukou po mrtvici (ARTS-BCI)

Fyzikální terapeutické přístupy jsou de facto rehabilitací mrtvice, která zahrnuje lidské terapeuty, aby pomohli pacientům s mrtvicí obnovit jejich motorické schopnosti. Mezi moderní rehabilitační technologie patří robotika, funkční elektrická stimulace, transkraniální magnetická stimulace a virtuální realita. Robotická rehabilitace zmírňuje pracné aspekty fyzické rehabilitace prováděné lidskými terapeuty a mohla by potenciálně zlepšit produktivitu rehabilitace po cévní mozkové příhodě. Je však zásadně založen na opakování pohybu s vizuální zpětnou vazbou, která pacientům s cévní mozkovou příhodou pomáhá zlepšit motorické schopnosti jejich slabých paží a nohou postižených mozkovou příhodou. Robot je však stále schopen pohybovat slabou částí pacienta, i když pacient není k tréninku pozorný, a tak se robotický trénink stává pasivní činností. Naproti tomu robotický trénink založený na BCI funguje tak, že zajišťuje aktivní zapojení hemiparetických pacientů do provádění dobrovolného pohybu. Navíc hemiplegičtí nebo uzamčení pacienti s cévní mozkovou příhodou, kteří nemají žádnou motorickou sílu na postižených končetinách, jsou pak schopni zapojit a provádět volní pohyb na těchto postižených končetinách.

Robotická rehabilitace založená na BCI vyplňuje tuto mezeru detekcí motorického záměru hemiplegických pacientů ze signálů elektroencefalogramu (EEG) k řízení robotické rehabilitace. Tento projekt robotické rehabilitace na bázi BCI pro výzkum mrtvice společně provedly nemocnice Tan Tock Seng Hospital (TTSH), National Neuroscience Institute (NNI) a Institute for Infocomm Research (I2R). Předběžné klinické studie provedené na TTSH ukázaly, že pacienti s cévní mozkovou příhodou mohou operovat BCI stejně účinně jako zdraví jedinci.

Konkrétně se tento výzkumný projekt bude zabývat následujícími mezerami v oblasti rehabilitace po cévní mozkové příhodě:

1. Single-modální BCI – Současný systém využívá jednomodální neinvazivní BCI založené na EEG, které detekuje motorický záměr pomocí alespoň 2,5 sekundy EEG dat. Proto se navrhuje výzkum pokročilého multimodálního BCI, jako je synergizace blízké infračervené spektroskopie s EEG, aby se získal citlivější a účinnější robotický rehabilitační systém založený na BCI.
2. Standardní terapie - Současný systém využívá standardní terapii pro všechny pacienty s cévní mozkovou příhodou. Fyzioterapeuti a ergoterapeuti však obvykle přijímají individuálnější terapii pro každého pacienta s cévní mozkovou příhodou. Proto je navržen výzkum individualizované terapie pro každého pacienta s cévní mozkovou příhodou podle jeho rychlosti učení a neurologického poškození.
3. Pouze fyziologická rehabilitace - Současný systém provádí pouze fyziologickou rehabilitaci motorických funkcí pacientů po cévní mozkové příhodě. V současné době je u pacientů s cévní mozkovou příhodou, kteří se nemohou účastnit hodnocení kvůli narušeným jazykovým nebo kognitivním schopnostem, obtížně aplikovat některé ověřené škály pro depresi po mrtvici, jako je Beckův inventář deprese, CES-D, Zungova škála, státní rys, HADS atd. Proto je navržen pokročilý rehabilitační systém založený na BCI, který také detekuje duševní stav pacienta po cévní mozkové příhodě, aby pokryl jak fyziologickou, tak psychologickou rehabilitaci.
4. Rehabilitace horní končetiny – Současný systém, který využívá klinicky ověřený robotický rehabilitační systém MIT Manus, provádí pouze rehabilitaci horních končetin u pacientů po cévní mozkové příhodě v hrubém dosahu. Dovednosti lidské ruky naproti tomu sestávají ze složitějších manipulačních pohybových vzorců, do kterých lze zasáhnout robotickou rehabilitací na bázi BCI. Proto je navržen pokročilý rehabilitační systém založený na BCI, který pokrývá funkci ruky, aby pokryl rehabilitaci celé horní končetiny.