Využití neurotechnologie k pomoci dětem s tělesným postižením způsobeným dětskou mozkovou obrnou

Účel Hemiparetická dětská mozková obrna vede k závažné jednostranné motorické slabosti, která narušuje funkci horní končetiny a každodenní život dětí. Účinné, vědecky podložené terapie – zejména poutavé, intenzivní intervence, jako je rozhraní mozek-počítač (Brain-Computer Interface, BCI) v kombinaci s funkční elektrickou stimulací (Functional Electrical Stimulation, FES) – zůstávají v pediatrické populaci omezené a nedostatečně prozkoumané. Studie si klade za cíl zaplnit tuto mezeru přizpůsobením a ověřením modelu rehabilitace BCI-FES zaměřeného na dítě pro motorické postižení horních končetin, což umožní účinnou a poutavou terapii pro děti s hemiparetickou dětskou mozkovou obrnou.

Cíle Cíl 1: Zjistit účinnost BCI aktivované FES u dětí s hemiparetickou dětskou mozkovou obrnou při zlepšování funkčních výsledků.

Cíl 2: Vyvinout, ověřit a optimalizovat model rehabilitace BCI-FES zaměřený na dítě, který zlepšuje motorickou funkci horních končetin a každodenní aktivity u dětí s hemiparetickou dětskou mozkovou obrnou, což umožní škálovatelné, účinné terapie založené na neurotechnologii, které zvyšují funkční nezávislost a kvalitu života v rámci pediatrické rehabilitace.

Metoda Nastavení kombinuje EEG, FES a vizuální zpětnou vazbu v reálném čase pro vytvoření uzavřeného tréninkového systému. Během každé sezení EEG čepice zaznamenává pohybovou aktivitu mozku, zatímco účastník si představuje specifický pohyb (například extenzi zápěstí). Když systém správně identifikuje motorickou představivost, doručí FES do odpovídajících svalů a zobrazí přidružený pohyb na obrazovce prostřednictvím animovaného avatara.

Projekt využívá systém g.tec recoveriX (g.tec, Schiedlberg, Rakousko), komerčně dostupný BCI balík, který integruje záznam EEG a funkční elektrickou stimulaci.

BCI: EEG signály jsou zaznamenávány pomocí 16-kanálové, gelové EEG sady. Záznamové elektrody jsou umístěny podle mezinárodního systému 10-10. Klasifikační algoritmus generuje klasifikační přesnost, definovanou jako procento správných předpovědí vyprodukovaných BCI při identifikaci zamýšlených příkazů motorické představivosti.

FES: Elektrická svalová stimulace je dodávána bilaterálně prostřednictvím dvou elektrických stimulátorů g.Estim (g.tec, Graz, Rakousko), které generují obdélníkové bifázické pulsy konstantního proudu.

Vizuální zpětná vazba: Monitor umístěný přímo před každým účastníkem zobrazuje dva virtuální avatary rukou, které poskytují vizuální zpětnou vazbu v reálném čase odrážející zamýšlený pohyb. Když systém úspěšně detekuje motorickou představivost, avatar provede odpovídající pohyb na obrazovce.

Intervence Intervence se skládá ze dvou složek: Tréninková sezení a Rehabilitační sezení.

Tréninková sezení: Trénink kalibruje systém zaznamenáváním EEG signálů během motorické představivosti extenze levého nebo pravého zápěstí. Účastníci jsou vedeni k vizualizaci extenze zápěstí pro obě ruce. Každé sezení zahrnuje tři pokusy o délce přibližně 15 minut. Každý pokus obsahuje 80 běhů trvajících 8 sekund.

Rehabilitační sezení: Během rehabilitace klasifikátor generovaný během tréninku řídí vizuální a elektrickou zpětnou vazbu. Účastníci dokončují až tři pokusy na sezení, přičemž používají zvukové signály k vedení pokusů o motorickou představivost. Vizuální zpětná vazba a elektrická stimulace jsou poskytovány pouze tehdy, když je motorická představivost přesně klasifikována a odpovídá směru signálu.

Účastníci absolvují 15 až 20 sezení recoveriX během tří po sobě jdoucích týdnů. Každé sezení trvá až 90 minut a zahrnuje randomizované pokusy motorické představivosti zahrnující obě končetiny. Sezení jsou upravována podle tolerance účastníka, s naplánovanými obdobími odpočinku a volitelnými dodatečnými přestávkami k udržení pohodlí a zapojení.