Effekten af ​​hjerne-computer-interface-assisteret motorisk billedsprog til ganggenoptræning hos patienter med slagtilfælde

I den første undersøgelse foreslår vi 20 forsøgspersoner, som har pådraget sig deres første hæmoragiske eller iskæmiske subkortikale slagtilfælde nogensinde med svækkelse af underekstremiteterne mere end 9 måneder før studieindskrivningen. Forsøgspersoner vil blive rekrutteret fra de eksisterende patienter i undersøgelseslægens kohorte af patienter og fra henvisninger fra behandlende læger. Under det indledende screeningbesøg vil det blive konstateret, at forsøgspersonen opfylder kriterierne for deltagelse, og informeret samtykke vil blive indhentet af undersøgelsens personale. Forsøgspersonerne vil blive orienteret i detaljer om den eksperimentelle procedure, de involverede risici og fordele og deres ansvar under undersøgelsen.

Når samtykke er givet, vil forsøgspersonerne gennemgå en MI-BCI usability session, de vil sidde komfortabelt foran en computerskærm. En EEG-hætte vil blive båret komfortabelt over hovedet på forsøgspersonen for at registrere EEG-spor af alle aktiverede kortikale områder. Forsøgspersonerne vil derefter blive instrueret i at udføre en mental billedopgave, hvorved de vil forestille sig, at de går korrekt med deres berørte ben. Nøjagtigheden i klassificering af korrekte motoriske billeder fra tomgangstilstand fra EEG vil blive registreret for hvert individ. Emner, der opnår en nøjagtighed på mere end 57,5%, anses for at være berettiget til MI-BCI træningsprogrammet. Emner, der er kvalificerede til MI-BCI-uddannelsen, vil derefter gennemgå en række funktionelle vurderinger, herunder (1) funktionelle kliniske mål (10 meter gangtest og Up-to-Go test), (2) ganganalyse, (3) vurdering af kortikal aktivitet ved hjælp af TMS, og (4) MR- og DTI-scanning. (5) Psykologiske tests inklusive Beck Depression Inventory, træthedsskala, digital span-test. Inden starten af ​​MI-BCI-træning vil forsøgspersonerne gennemgå endnu en MI-BCI-session med kalibrering, som vil blive udført fuldstændig på samme måde som BCI usability-session for at indsamle mere værdifulde data til analyse. Efter at have afsluttet alle 5 vurderinger og MI-BCI-kalibreringssession, kan MI-BCI-træningen startes med en hyppighed på 3 gange om ugen og varer i 4 uger. Proceduren for MI-BCI træning er identisk med den i BCI usability session bortset fra, at en tegneseriefigur på computerskærmen vil blive aktiveret for at gå frem, hvis forsøgspersonerne med succes udfører et nøjagtigt mentalt billede. Forsøgspersoner, der gennemgår MI-BCI-træning, skal udføre 160 forsøg med MI i alt med tildelte hvileperioder (5 minutter) hver 40. forsøg. Hver session varer cirka 45 minutter eksklusiv opsætningstid. Antallet af gange, forsøgspersoner kan udføre MI-opgaven med succes, og hvor let de er i stand til at udføre opgaven, vil blive registreret. Distinkte hjernesignaler såsom hændelsesrelateret desynkronisering eller synkronisering (ERD/ERS) kan detekteres på EEG for både reelle og forestillede motoriske bevægelser hos raske forsøgspersoner. Ved hjælp af denne teknik giver MI-BCI, som omsætter fantasien om bevægelser til online-kommandoer, et lovende neuralt kommunikationssystem til patienter med slagtilfælde, der lider af motoriske handicap. Vi har tidligere samarbejdet med I2R-A*STAR BCI om at designe en specialbygget BCI-software til at synkronisere med en EEG-forstærker. Vi har demonstreret effektiviteten af ​​denne specialbyggede MI-BCI-enhed på svækkelse af slagtilfælde i øvre lemmer, derfor vil proceduren og det anvendte udstyr blive holdt identisk med undtagelse af softwaregrænsefladen, som viser en tegneseriefigur på skærmen. Forsøgspersonerne gennemgår de samme fem vurderinger igen efter henholdsvis 4-ugers MI-BCI-træning og 4-6 uger efter sidste session af MI-BCI-træning, inklusive (1) funktionelle kliniske resultatmål (10 meter gangtest og Up-to-Go test), (2) ganganalyse, (3) kortikal aktivitetsvurdering ved hjælp af TMS og (4) MR og DTI. (5) Psykologiske tests inklusive Beck Depression Inventory, træthedsskala, digital span-test.

Timed up-and-go test er en måling af mobilitet. Det omfatter en række opgaver såsom at stå fra siddende stilling, gå, vende, stoppe og sidde ned. Til testen bliver personen bedt om at rejse sig fra en standardstol og gå en strækning på cirka 3 meter, vende om og gå tilbage til stolen og sætte sig ned igen. 10 meter gangtesten er en test af ganghastighed. Timed up-to-go test og 10 meter gangtest vil blive vurderet af certificeret fysioterapeut eller uddannet forskningspersonale og vil tage cirka 30 minutter inklusive opsætningstid.

Ganganalyse er den systematiske undersøgelse af bevægelse. Det vil blive udført i NUH, af en certificeret medicinsk tekniker eller et uddannet forskningspersonale. Forsøgspersoner vil være forpligtet til at bære shorts, og hele prøveprocessen kan blive videooptaget til fremtidig analyse af kvaliteten af ​​forsøgspersonernes bevægelser (ansigt vil ikke blive fanget, og samtykke vil blive indhentet på forhånd). Markører kan bæres på forskellige referencepunkter i kroppen, såsom bækkenhvirvelsøjlen, ankelmalleolen og knæets kondyler. Elektromyografi (EMG) sensorer kan bæres i området af quadriceps femoris, hamstring, gastrocnemius og tibialis anterior muskler for begge ben. Gangparametre for tidsmæssige og rumlige mål og ledkinematik vil blive registreret, mens forsøgspersonen går langs gangbroen med en kraftplatform, i henhold til instruktionerne fra den medicinske tekniker eller det uddannede forskningspersonale. Hver session varer cirka 1 time inklusive opsætningstid.

TMS vil blive udført for at undersøge mekanismerne for denne træning på kortikal plasticitet som indekseret af cortical excitabilitet ændringer. Til MEP-studiet vil vi indledningsvis justere TMS-intensiteten for at opnå en baseline MEP i tibialis anterior muskel af benet til omkring 1 mV peak-to-peak amplitude før intervention. Stimuleringsintensiteten vil blive holdt konstant for hvert individ gennem hele undersøgelsen. MEP'erne vil blive optaget på en computer til off-line analyse. Vi vil optage 10 MEP'er for hver gang og gennemsnittet deres peak-to-peak amplitude. Til den parrede pulsstimulering vil en første subtærskel-konditioneringsstimulus blive anvendt, efterfulgt ved et variabelt interstimulusinterval (ISI), af en anden suprathreshold-stimulus. Vi vil bruge følgende ISI'er - 2, 3, 4, 6, 9, 10, 12, 15 ms. Ændringsprocenten for hver ISI før og efter behandling vil blive beregnet ud fra MEP'erne og vil derfor være vigtig for at måle ændringer i intrakortikal facilitering og hæmning. Hver session varer cirka 1 time inklusive opsætningstid.

MR/DTI-skanning vil blive udført på CIRC, NUS. Forud for scanningen vil alle patienter blive orienteret om testproceduren og sikkerhedsaspekter. En medicinsk uddannet læge vil være på standby under hele proceduren. Alle deltagere vil blive scannet på en 3-T GE scanner ved hjælp af en standard radiofrekvens hovedspole. Hovedets bevægelse blev minimeret af skumpolstring og pandebeskyttende stropper. En T1-vægtet højopløsningsscanning og et sæt aksial væskedæmpede inversionsgendannelsesbilleder vil blive erhvervet. T1-vægtede og væskedæmpede inversionsgendannelsesbilleder vil blive justeret og rumligt normaliseret til billeder af isotrop voxelstørrelse implementeret i Matlab. Hver session varer cirka 1 time inklusive opsætningstid.

Et forskningspersonale vil administrere Beck Depression Inventory (BDI), Fatigue Severity Scale (FSS), fremad og bagud cifferspan for at kontrollere for forvirrende effekt af kognitiv forbedring i denne undersøgelse.