Rehabilitace chronické mrtvice s kontralezionálním rozhraním mozek-počítač

Účelem této výzkumné studie je ukázat, že počítač může analyzovat mozkové vlny a že tyto mozkové vlny lze použít k ovládání externího zařízení. Kromě toho tato studie ukáže, zda pasivní pohyb postižené ruky v důsledku kontroly založené na mozku může způsobit rehabilitaci z účinků mrtvice.

Cévní mozková příhoda je nejběžnější neurologickou poruchou v USA se 795 000 mrtvicemi ročně (Lloyd-Jones et al. 2009). 77 % přeživších pociťuje slabost nebo ztrátu motorických funkcí horní končetiny (Lawrence et al, 2001). Motorické zotavení u pacientů po akutní cévní mozkové příhodě je komplikováno zdánlivým plató ve schopnosti dosáhnout zotavení po 3 měsících po cévní mozkové příhodě (Duncan et al. 1992; Jorgensen et al. 1995; Lloyd-Jones et al. 2009). Velká populace pacientů se sníženou kvalitou života a vyžadující značné lékařské zdroje podněcuje naléhavou potřebu vyvinout nové metody pro zlepšení funkční rehabilitace u pacientů, kteří přežili chronickou mrtvici. Navrhujeme, aby kortikální signály z nepostižené hemisféry osob, které přežily chronickou mozkovou mrtvici, mohly být použity k ovládání systému Brain-Computer Interface (BCI) pro usnadnění funkční obnovy. Vývoj takových rehabilitačních BCI systémů je významný, protože poskytuje cestu k funkčnímu zotavení, která je v současné době pro mnoho pacientů s chronickou mrtvicí nedostupná.

Výběr předmětu:

Účastníci se budou rekrutovat z pacientských populací spolupracovníků a kolegů hlavního zkoušejícího, jakož i z předchozích výzkumných studií hlavního zkoušejícího a kolegů. Budou také přijati účastníci z předchozích výzkumných studií. Kolegové poskytnou zájemcům informace o studiu a kandidáti budou kontaktovat výzkumný tým, pokud budou prověřováni studijními pracovníky. Pacientům bude položena řada screeningových otázek, aby se určila jejich způsobilost pro studii.

Studijní metody

Po dokončení procesu informovaného souhlasu a dokumentace budou pracovníci studie prověřovat způsobilost účastníků. Po screeningu způsobilosti ke studii bude účastník zařazen do skupiny 1 nebo skupiny 2. Účastníci skupiny 1 dokončí studii s přidáním funkčního zobrazení MRI (fMRI) a domácího cvičebního programu pro rozsah pohybu (ROM) vhodného pro pacienta jak určí klinický specialista. Účastníci skupiny 1 podstoupí 12 týdnů používání zařízení a domácího cvičebního programu. Polovina účastníků použije zařízení před programem ROM a polovina poté (tj. crossover design). Neuroimagingové skenování bude probíhat bezprostředně před použitím zařízení, bezprostředně před zahájením terapie ROM a po dokončení studie. Účastníci skupiny 2 se účastní studie bez zobrazování. Po prověření způsobilosti budou účastníci zařazeni do skupiny 1 nebo 2 na základě schopnosti a ochoty zúčastnit se vyšetření magnetickou rezonancí. Studie bude probíhat ve dvou fázích. Ve fázi 1 každý účastník absolvuje až 3 sezení pro záznam EEG signálů. Pro záznam budou pacienti nosit náhlavní soupravu EEG výzkumné kvality s elektrodami EEG na místě. Signály budou zaznamenány pomocí softwaru mozkového počítačového rozhraní. Pokud jsou signály EEG účastníka dostatečné pro ovládání ortézy ruky zprostředkované BCI, budou pokračovat do fáze 2 této studie. Ve fázi 2 této studie bude účastníkům vystavena ortéza ruky zprostředkovaná BCI a bude jim doporučeno používat zařízení denně doma (5 ze 7 po sobě jdoucích dnů) po dobu minimálně 12 týdnů. Účastník bude mít motorické hodnocení ve 4 týdnech, 8 týdnech a 12 týdnech používání zařízení. Pacienti skupiny 1 dodržují stejné schéma pro terapii ROM a pokračující hodnocení motorických funkcí. Pokud by účastník dosahoval pokroku, jak dokládají hodnocení motoriky po 12 týdnech používání přístroje, může být účastník požádán, aby pokračoval v každodenním používání této terapie doma, dokud nedojde k ustálení pokroku. Pokud by k tomu došlo, účastníci by měli motorické hodnocení dokončeno každé 4 týdny dalšího používání zařízení (nad rámec minima 12 týdnů). Účastníci mohou být kontaktováni, aby dokončili motorický screening 6 měsíců po použití zařízení k posouzení životnosti motorického zotavení postižené horní končetiny.

Fáze 1 – Posouzení signálu EEG Účastníci absolvují dvě screeningové návštěvy EEG, aby našli konzistentní signál EEG pro kontrolu robotické ortézy ruky. Účastníci mohou být požádáni, aby dokončili třetí EEG screening, pokud se nepodařilo identifikovat konzistentní signál v prvních dvou EEG screeningech. Během EEG screeningu budou účastníci nosit EEG náhlavní soupravu s podmnožinou standardního systému elektrodových souřadnic 10-20. Správné připojení bude ověřeno pomocí kontroly signálu. Bude zaznamenána 7,5minutová sada klidových dat. Za druhé, bude dokončen úkol motorického zobrazování, ve kterém účastníci obdrží vizuální podněty/výzvy na obrazovce počítače, aby si představili pohyby levé ruky, pravé ruky nebo obou rukou poklepáváním prstem po dobu 5–10 sekund na podnět. Data ze screeningu budou analyzována, aby bylo zajištěno, že jsou přítomny dostatečné kortikální signály pro kontrolu zařízení. Změny spektrální síly v neovlivněné hemisféře budou analyzovány pomocí r-squared analýzy. Účastníci musí vykazovat významné změny výkonu v umístění elektrod motoru a premotorické kortikální oblasti, aby dosáhli ovládání zařízení.

Metody MRI:

Od pacientů v této studii získáme strukturální, difúzní zobrazení tenzoru (DTI) a fMRI v klidovém stavu (rs-fMRI). Strukturální snímky se získávají pomocí skenů vážených T1 a T2. DTI skeny budou pořizovány s hodnotami b 300, 1000 a 2000 s/mm² a 8, 32 a 60 směrů difúze. Z dat DTI budou získána měření specifická pro trakt, jako je objem, radiální difuzivita a frakční anizotropie (FA). Shromáždíme přibližně 22,5 minuty rs-fMRI (3 skeny po 7,5 minutách). Data budou podrobena standardnímu toku předběžného zpracování včetně prostorového vyhlazování, časové pásmové propusti a odstranění zdrojů falešných rozptylů regresí. Data budou objemově cenzurována, aby se předešlo artefaktům vyvolaným pohybem.

Fáze 2 - BCI terapie a motorické hodnocení

Po dokončení EEG screeningu účastníci ve skupině 1 a skupině 2 absolvují dvě sady motorických hodnocení ve dvou samostatných dnech, aby se stanovila základní linie. Tato hodnocení, která mají být dokončena, jsou:

• UEFM
• Index hybnosti
• Modifikovaná Ashworthova stupnice (flexe lokte, flexe zápěstí)
• Ruční dynamometr hrubého uchopení
• Test motorických schopností paží (AMAT)

Účastníci dostanou zařízení a po úvodním motorickém hodnocení je proškolí klinický specialista v jeho používání a péči. Při každé následné návštěvě motorického hodnocení nechá klinický specialista účastníka, aby si při každé kontrole přinesl své zařízení. Klinický specialista stáhne všechna data uložená v zařízení, vyřeší jakékoli dotazy nebo obavy, upraví přizpůsobení a upraví domácí cvičební program podle potřeby.

Během závěrečné návštěvy motorického hodnocení budou účastníci požádáni, aby dokončili závěrečný EEG screening identický se základním EEG screeningem, aby bylo možné studovat robustní změny v kortikální aktivitě, ke kterým mohlo dojít během rehabilitace BCI. Účastník bude také požádán o vyplnění průzkumu o zkušenostech pacientů, pokud jde o uživatelskou zkušenost se zařízením.

Pacientům bude jejich účast ve studii hrazena. EEG screening a motorická hodnocení budou hrazeny ve výši 25,00 $ za kus. Skenování magnetickou rezonancí bude hrazeno sazbou 50,00 USD za kus. Pacienti, kteří dokončí studii podle protokolu, obdrží bonus 50,00 USD.

Informace o rizicích/bezpečnosti (použití zařízení):

Pravděpodobně: Žádný

Méně pravděpodobné: Únava z opakujících se počítačových úloh a/nebo frustrace. Dlouhodobé sledování obrazovky počítače může způsobit únavu očí a únavu.

Vzácné: Menší diskomfort spojený se svalovou stimulací.

Člen výzkumného týmu bude k dispozici, dokud se subjekt účastní jakékoli části výzkumné studie. Během experimentování bude pacientovi připomenuto, že může studii kdykoli ukončit a může odložit nebo ukončit jakékoli sezení, pokud pociťuje nepohodlí. Baterie náhlavní soupravy EEG je velmi nízká, a proto nepředstavuje žádné riziko. Robotická ortéza ruky bude provozována tak, aby pohybovala rukou účastníků v rámci jejich fyziologického rozsahu pohybu a nevyvíjela dostatečně velké síly, aby pacientovi fyzicky ublížila.

Účast je navíc dobrovolná a jednotlivec se může rozhodnout kdykoli ukončit.

Informace o rizicích/bezpečnosti (MRI):

Pravděpodobné: Mírné – únava, nepohodlí z ležení ve skeneru.

Méně pravděpodobné: Mírné - Pocit klaustrofobie. Nepohodlí z hlasitého hluku skeneru.

Vzácné: Život ohrožující - Zranění kovovým předmětem v těle. Existuje značné riziko pro osoby, které mají v těle kovové předměty, protože skener MRI používá magnet o vysoké síle. Mezi takové patří chirurgické svorky ponechané v těle po operaci, protézy středního ucha nebo kochleární implantáty, permanentní oční vložka, kovové cizí předměty usazené v oku, kardiostimulátory a kolíky uvnitř kolen nebo jiných kloubů. Pokud mají pacienti v těle jakýkoli kovový předmět, který nebyl testován na bezpečnost MRI, nemusí se podílet na části studie MRI.

Dohled nad studiem:

Rozhodnutí zúčastnit se této studie je dobrovolné. Účastník se může rozhodnout, že se studie nezúčastní nebo může z jakéhokoli důvodu odstoupit bez sankce nebo ztráty výhod, na které má jinak nárok, a bez jakéhokoli vlivu na budoucí lékařskou péči.

Hlavní řešitel nebo sponzor může kdykoli ukončit svou účast bez souhlasu účastníka z jakéhokoli důvodu. Některé důvody mohou zahrnovat, ale nejsou omezeny na:

• Pokud se zdá, že je to pro účastníka z lékařského hlediska škodlivé;
• Pokud účastník nedodrží pokyny pro účast ve studii;
• Pokud se zjistí, že účastník nesplňuje studijní požadavky;
• Pokud je studium zrušeno; nebo
• Z administrativních důvodů, včetně konkurenčního zápisu - do studia vstoupil cílový počet předmětů

Lékař studie / hlavní zkoušející studie bude zajišťovat dohled nad celou klinickou studií.

Analýza/Správa dat:

Data budou analyzována několika technikami, včetně:

• K převodu surové analogové elektrokortikální aktivity do statisticky významného signálu bude použito více matematických algoritmů. Ty by zahrnovaly takové přístupy, jako je autoregresní analýza, rychlé Fourierovy transformace, analýza rozptylu, technika poměru signálu k šumu (SNR), technika křížové korelace signálu atd. Tyto metody by byly primárně použity pro offline analýzu signálů.
• Ve fázi 2 budou použity testy motorických funkcí (UEFM, Motricity Index, Modified Ashworth, síla úchopu, při používání přístroje a po použití přístroje k testování vlivu přístroje na rehabilitační účinky funkce horních končetin.
• Ve fázi 2 budou změny ve vzorcích funkční konektivity před a po léčbě hodnoceny pomocí statistické analýzy následovně: konstrukce oblastí zájmu (ROI); ROI bude použito jako "semena" k vytvoření ROI do korelačních map celého mozku voxelů; statistické metodologie korelačních map (analýzy, které berou účastníky jako náhodný efekt pro testování skupinových efektů v korelačních mapách transformovaných Fischer-z a výsledné skupinové mapy korigované pro vícenásobná srovnání pomocí dříve vypočítaných Monte-Carlo simulací).

UEFM bude sloužit jako primární měřítko statistického úspěchu. Protože před zahájením léčby použijeme základní testy, použijeme test opakovaných měření, jako je párový t-test za předpokladu normální distribuce skóre. Část UEFM pro horní končetinu hodnotí motorickou funkci úchopu v postižené horní končetině. Klíčový statistický výsledek bude založen na uchopení dílčího testu, protože zařízení má největší potenciální dopad na tuto doménu. Odhady síly naznačují, že 10 subjektů bude postačovat pro významné výsledky v párovém T-testu; bude zapsáno až 20 pacientů, aby se umožnilo opotřebení.

Důvěrnost:

Všechna klinická a experimentální data budou deidentifikována přidělením náhodně generovaného kódu. Kromě toho budou také odstraněna všechna dohledatelná data ze zkopírovaných lékařských záznamů. Papírová evidence bude uchovávána v uzamčené skříni v uzamčené kancelářské soupravě. Elektronické záznamy budou uloženy na laboratorním počítači v souboru chráněném heslem. K záznamům budou mít přístup pouze členové studijního týmu. Po dokončení výzkumného projektu hlavní řešitel vymaže všechny elektronické soubory a skartuje veškeré papírové formuláře obsahující identifikátory.

Člen výzkumného týmu může s účastníkem diskutovat o studii osobně nebo telefonicky, aby pacientovi studii popsal a určil, zda je ochoten se zúčastnit. Pacient však bude souhlasit osobně.

Cíl projektu:

Konečným cílem tohoto projektu je vyvinout fungující a klinicky proveditelnou metodu pro obnovení funkce u osob, které přežily mozkovou příhodu s motorickou poruchou. Při vývoji nové rehabilitační metody doufáme, že vytvoříme systém, který umožní zpětnou vazbu s uzavřenou smyčkou prostřednictvím robotické ortézy ruky na motoricky postižené straně pacientů po mrtvici v reakci na zamýšlené pohyby svalů. Tato metoda, pokud by byla úspěšná, by představovala neinvazivní metodu podpory motorického učení a zotavení u pacientů po cévní mozkové příhodě.