En klinisk demonstration af EEG-hjerne-computergrænseflade for ALS-patienter (ALS)

Mennesker, der er ramt af alvorlige motoriske lidelser, såsom amyotrofisk lateral sklerose (ALS), har brug for alternative metoder til kommunikation og kontrol. De er måske ikke i stand til at bruge selv de mest basale konventionelle hjælpeteknologier, som alle på den ene eller anden måde er afhængige af muskler. For disse mennesker er kommunikations- og kontrolteknologi, der ikke er afhængig af neuromuskulær funktion, afgørende. Brain-computer interfaces (BCI'er) kan give disse individer kommunikations- og kontrolkapacitet, der ikke afhænger af nerver og muskler. Det har vist sig, at selv mennesker, der er næsten fuldstændigt lammede, kan kontrollere sensormotoriske rytmer og andre træk ved hovedbundsregistreret elektroencefalografisk (EEG) aktivitet, og at de kan bruge denne kontrol til at flytte en computermarkør i en eller to dimensioner, til at vælge bogstaver eller ikoner, eller endda at bevæge en robotarm. Gruppen er nu fokuseret på at udvikle klinisk praktiske BCI-applikationer, oversætte dem fra laboratoriet til folks hjem og fastslå, at de kan have en positiv indflydelse på livet for mennesker med svære handicap.

Målet med dette VA-demonstrationsprojekt er at vise, at BCI-teknologi er en klinisk praktisk og vigtig ny kommunikations- og kontrolmulighed, der kan forbedre livet for veteraner med amyotrofisk lateral sklerose (ALS). Projektet vil teste fire velunderbyggede hypoteser: (1) at mennesker med ALS, der finder (eller snart vil finde) konventionel hjælpeteknologi utilstrækkelig, kan og vil bruge et BCI-system til vigtige formål i deres daglige liv uden tæt teknisk overvågning, 2) de vil fortsætte og endda øge denne brug i hele undersøgelsesperioden, (3) at BCI-brug vil forbedre deres liv, og 4) BCI vil forbedre livet for deres familier og omsorgspersoner.

I overensstemmelse med disse hypoteser er målene:

Mål 1: At rekruttere 2-4 personers teams af VA-sundhedsprofessionelle (f.eks. læger, sygeplejersker, sygeplejersker, lægeassistenter, EEG-teknikere, terapeuter, rehabiliteringsspecialister, medicinske forskere) på hvert af 5-6 deltagende VA-centre og træne dem i brugen og den løbende support af BCI-hjemmesystemet. Disse teams vil bruge VA ALS-databasen, lokale ALS Association-tilknyttede selskaber og VA-klinikker til at identificere og rekruttere på hvert sted 3-4 patienter med ALS, som ikke er tilstrækkeligt betjent af konventionel hjælpeteknologi; have stabile fysiske og sociale miljøer; og har pårørende med basale computerfærdigheder, som er villige til at støtte BCI-brug. VA-teamene vil opsætte BCI-systemer i patienternes hjem og lære dem og deres pårørende at bruge systemet på daglig basis til applikationer, som de enkelte patienter ønsker, såsom e-mail, miljøkontrol, computermedierede samtaler, tekstbehandling og/eller underholdning. VA-holdene vil give langdistance internetbaseret tilsyn, når patienterne begynder at bruge BCI-teknologi til kommunikation og kontrol i deres daglige liv. Projektholdene vil være tilgængelige for supervision på stedet i begyndelsen af ​​BCI-brug og til periodiske evalueringer i hjemmet senere. Udover at yde løbende tilsyn og vejledning af projektet, vil gruppen fokusere på at reducere behovet for fortsat ekspertsupport (både på stedet og eksternt) ved at inkorporere tilpasninger og justeringer i BCI-softwaren, der er afgørende for pålidelig drift og ved yderligere at forenkle og strømlining af plejepersonalets interface og andre aspekter af systemdrift. Det ultimative mål er et praktisk system, der kan bruges af mange svært handicappede i deres hjem med minimal løbende teknisk support.

Mål 2: At vurdere omfanget og succesen af ​​BCI-brug og dets indvirkning på livskvalitet. Via internetlinket og periodiske besøg vil projektholdene kvantificere mængden af ​​BCI-brug i både absolutte termer og i forhold til dets betydning for at understøtte specifikke funktioner (f.eks. interaktioner med familie, e-mail); og vil kvantificere BCI-ydelse i form af nøjagtighed og hastighed. Derudover vil standard- og specialiserede livskvalitetsmål og BCI-vurderingsspørgeskemaer blive brugt til kvantitativt at evaluere BCI-teknologiens langsigtede indvirkning på brugernes, deres pårørendes og deres familiers liv. Virkningerne af sygdomsprogression (f.eks. tab af resterende neuromuskulær funktion) på omfanget og arten af ​​BCI-brug vil også blive overvåget. Vi forventer, at dette arbejde fastslår, at kommunikations- og kontrolapplikationerne leveret af BCI-systemet er meget brugt af mennesker, der er svært handicappede af ALS, at BCI kan frembringe varige forbedringer i deres liv og i livet for dem, der er tæt på dem, og at BCI kan endda tillade folk, der ellers ville blive fuldstændig låst, at fortsætte med at interagere med deres familier og venner.

Succesen med dette projekt vil afhænge af etablering og vedligeholdelse af pålidelig højhastighedskommunikation mellem fagene, VA-stederne og projektteamet. VA og efterforskere skal være i stand til at evaluere hver enkelt forsøgspersons EEG-data hver dag, 7 dage om ugen, så spørgsmål kan besvares, problemer kan løses, og systemparametre kan optimeres inden for 24 timer.

I denne undersøgelse er den første primære hypotese, at forsøgspersonerne vil begynde at bruge BCI til vigtige formål i deres daglige liv, og at de vil fortsætte og endda øge denne brug i hele undersøgelsesperioden. De primære kvantitative resultater for denne hypotese vil således være 1) den tid, der bruges ved at bruge BCI og 2) ændringen i denne tid over undersøgelsesperioden. Hvis deres BCI-brugstid er betydelig og forbliver stabil eller stiger i løbet af undersøgelsen, vil vi kunne konkludere, at forsøgspersonerne har fundet BCI-systemet ønskværdigt og værdifuldt. Den anden primære hypotese er, at BCI vil forbedre livskvaliteten for mennesker, der er svært handicappede af ALS. Sekundære resultater omfatter: målinger af omsorgspersonens livskvalitet; patientens og pårørendes vurderinger af BCI-brugbarhed; BCI-ydelsen (dvs. hastighed og nøjagtighed); og mængden af ​​tid brugt af projektmedarbejdere i teknisk support.

Færdiggørelsen af ​​denne undersøgelse og opnåelsen af ​​dens mål skulle hjælpe med at flytte EEG-baseret BCI-teknologi ud af laboratoriet og til at demonstrere, at det er en kraftfuld, klinisk praktisk og overkommelig kommunikations- og kontrolteknologi, der væsentligt kan forbedre livet for mennesker med ALS. Desuden skulle undersøgelsen validere og etablere en vigtig ny mulighed, BCI-baseret kommunikation, som VA kan give til mange af sine mest alvorligt handicappede patienter. Denne præstation ville gøre VA til den første og eneste enhed i verden, der kan levere denne radikalt nye og vigtige hjælpeteknologi til sine patienter.

Fyrre potentielle BCI-brugere opfyldte inklusionskriterierne og gav informeret samtykke*. [*Fodnote 1: To yderligere personer, der gav informeret samtykke, blev efterfølgende fundet ikke at opfylde inklusionskriterierne.] 37 gennemførte BCI-vurderingssessionerne, 28 opfyldte BCI-nøjagtighedskriteriet, og 27 fik BCI-systemet placeret i deres hjem.