Bewegen einer gelähmten Hand mithilfe einer Gehirn-Computer-Schnittstelle

Diese Studie wird Informationen über Methoden zur Steuerung einer Armprothese bei Schlaganfallpatienten oder Patienten mit traumatischer Hirnverletzung durch eine Technik namens „Gehirn-Computer-Schnittstelle“ (BCI) gewinnen. BCI ermöglicht die direkte Kommunikation zwischen Mensch und Maschine. Gehirnzellen kommunizieren, indem sie elektrische Impulse erzeugen, die dabei helfen, Dinge wie Gedanken, Erinnerungen, Bewusstsein und Emotionen zu erzeugen. Bei der BCI werden Gehirnwellen durch ein Elektroenzephalogramm (EEG) über an der Kopfhaut befestigte Elektroden (kleine Drähte) aufgezeichnet. Die Elektroden messen die elektrischen Signale des Gehirns. Diese Signale werden an den Computer gesendet, der sie in Gerätesteuerungsbefehle als Nachrichten umwandelt, die die Absicht einer Person widerspiegeln. Diese Art der Gehirnaktivität kommt von den sensomotorischen Bereichen des Gehirns und kann durch freiwilliges Training zur Steuerung der Handprothese durch das BCI gesteuert werden.

Für diese Studie können gesunde, normale Freiwillige und Menschen in Frage kommen, die vor mehr als 12 Monaten einen Schlaganfall oder ein Schädel-Hirn-Trauma erlitten haben und an einer Lähmung des rechten oder linken Arms, der Hand oder des Beins leiden und zwischen 18 und 80 Jahre alt sind. Die Kandidaten werden durch eine klinische und neurologische Untersuchung sowie eine Magnetresonanztomographie (MRT) des Gehirns untersucht. Die MRT nutzt ein Magnetfeld und Radiowellen, um Bilder des Gehirns zu erhalten. Der Scanner ist ein Metallzylinder, der von einem starken Magnetfeld umgeben ist. Während des Eingriffs liegt der Proband etwa 45 Minuten lang im Scanner und trägt Ohrstöpsel, um laute Klopfgeräusche zu dämpfen, die beim Scannen entstehen.

Die Teilnehmer durchlaufen die folgenden Verfahren:

• Sitzungen 1-2: Die Teilnehmer werden an ein EEG-Gerät angeschlossen und mit der Handorthese (in der Studie verwendetes Trainingsgerät) und den für die Studie erforderlichen Aufgaben vertraut gemacht.
• Sitzungen 3–4: Die Teilnehmer erhalten eine grundlegende transkranielle Magnetstimulation (TMS) und fMRT. Bei der TMS wird eine Drahtspirale auf die Kopfhaut gehalten. Durch die Spule wird ein kurzer elektrischer Strom geleitet, der einen magnetischen Impuls erzeugt, der das Gehirn stimuliert. Der Proband verspürt möglicherweise ein ziehendes Gefühl auf der Haut unter der Spule und es kann zu Zuckungen in den Gesichts-, Arm- oder Beinmuskeln kommen. Der Proband kann aufgefordert werden, bestimmte Muskeln leicht anzuspannen oder andere einfache Aktionen auszuführen. Die Wirkung von TMS auf die Muskulatur wird mit kleinen Metallscheibenelektroden erfasst, die auf die Haut der Arme geklebt werden. Die fMRT ähnelt einer Standard-MRT (siehe oben), außer dass sie durchgeführt wird, während der Patient Aufgaben ausführt, um mehr über die mit diesen Aufgaben verbundene Gehirnaktivität zu erfahren.
• Sitzungen 5–8: Die Teilnehmer werden gebeten, ihre Hand (die gelähmte Hand des Patienten; die normale Hand gesunder Freiwilliger), die Zunge und das Bein als Reaktion auf drei Töne wiederholt zu bewegen. Nach zehn Versuchen werden sie gebeten, sich die gleichen Bewegungen 50 bis 100 Mal vorzustellen, während das EEG-Gerät die Gehirnaktivität aufzeichnet.
• Sitzungen 9-14: Die Teilnehmer werden in der Steuerung der Handorthese geschult. Die Hand des Probanden wird an der Orthese befestigt und er soll sich vorstellen, dass er Finger- oder Handbewegungen ausführt. Dies wird so lange fortgesetzt, bis eine Erfolgsquote von 80–90 Prozent beim Erreichen der Handbewegung erreicht ist.
• Sitzungen 15–16: Die Teilnehmer wiederholen TMS und fMRT zum Vergleich vor und nach dem Training mit der Handorthese.
• Sitzungen 17–28: Die Teilnehmer erhalten ein zusätzliches Training mit der Handorthese (wie in den Sitzungen 5–8), wobei der Fokus nur auf der Hand und nicht auf anderen Körperteilen liegt.
• Sitzungen 29–30: Die Teilnehmer unterziehen sich wiederholt TMS und fMRT, um den Effekt nach zusätzlichem Training mit der Handorthese zu vergleichen.
• Sitzungen 31–32: Optionale Make-up-Sitzungen, falls aufgrund von Terminproblemen erforderlich.

Die Teilnehmer werden nach drei Monaten in der Klinik untersucht, um festzustellen, ob sie von der Studie profitiert haben.