Untersuchung der Verwendung einer Gehirn-Computer-Schnittstelle basierend auf TMS-Neurofeedback für die Rehabilitation von Schlaganfällen der oberen Extremitäten

Die Teilnehmer werden einem Neurofeedback (NF) mit transkranieller Magnetstimulation (TMS) unterzogen, das in ein Computerspiel integriert ist, das darauf zugeschnitten ist, die Teilnehmer darin zu trainieren, in der von einem Schlaganfall betroffenen Extremität größere motorisch evozierte Potenziale (MEPs) zu erzeugen, indem sie verschiedene mentale Bildstrategien üben. TMS-Impulse werden über den motorischen Kortex der vom Schlaganfall betroffenen Hemisphäre angelegt, was zu MEPs führt, die von den Zielmuskeln der vom Schlaganfall betroffenen Extremität aufgezeichnet werden. Das Brain Computer Interface (BCI) verarbeitet die Amplitude dieser MEPs in Echtzeit und zeigt diese Informationen dem Patienten in Form eines Spiels auf dem Bildschirm an, bei dem das Ziel darin besteht, einen rechteckigen Balken (MEP-Amplitude) darüber zu schieben der Linie (Grundlinienamplitude im Ruhezustand). Wenn der Versuch erfolgreich ist, wird der Balken grün und ein positiver Hinweis ist zu hören. Wenn dies nicht gelingt, wird der Balken rot und es ist ein negativer Soundbit zu hören. Dieses Verfahren wird für insgesamt 60 Versuche pro Sitzung wiederholt, verteilt auf drei verschiedene Blöcke mit dazwischen liegenden Ruhepausen. Änderungen der MEP-Amplitude werden im Verlauf des Trainings überwacht. Die Hälfte der Teilnehmer wird nach dem Zufallsprinzip einer Kontrollbedingung zugeordnet, wobei sie identische TMS-Prozeduren wie die Versuchsgruppe durchlaufen, abgesehen davon, dass die Höhe des Feedbackbalkens auf dem Bildschirm nicht die MEP-Amplitude anzeigt, sondern in der Mitte des Bildschirms fixiert wird. Es wird positives und negatives Feedback geben, jedoch nach einem festen Muster, das nicht mit Änderungen im MEP in Zusammenhang steht.

Vor Beginn des TMS NF-Trainings und am Ende des Trainings werden funktionelle Tests der oberen Gliedmaßen und qualitative Tests durchgeführt. Tools: Fugl-Myer (FM), Action Research Arm Test (ARAT), Oxford Cognitive Screen (OCS), National Institutes of Health Stroke Severity Scale (NIHSS), Muskelumfang (Bizeps und Unterarm), Schlaffragebogen, Krankenhausangst und Depression Skala (HADS), Mental Imagery Questionnaire (MIQ). Gehirn-MRT-Datensätze von Patienten, die vor und nach dem TMS-NF-Training gesammelt wurden. Es werden zwei unterschiedliche Datentypen erstellt: 1. Hochauflösende anatomische T1-Scans (graue Substanz) 2. Diffusionsgewichtete Bildgebungsscans (DWI) (weiße Substanz).

Ziele sind:

• Erhöhung der „Erregbarkeit“ der Bahnen, die das Gehirn mit den Muskeln des gelähmten Arms und der gelähmten Hand bei Schlaganfallpatienten verbinden. Dies ist über motorisch evozierte Potenziale (MEPs) als Reaktion auf TMS messbar.
• Zur weiteren und schnelleren Reduzierung funktioneller Beeinträchtigungen der oberen Gliedmaßen bei subakuten Patienten (2–26 Wochen nach Schlaganfall) als bei Standardversorgungsansätzen.
• Untersuchung der Mechanismen, die zu erhöhter Erregbarkeit und besserer motorischer Funktion führen.
• Beschreibung der Patientenperspektive von TMS NF als Ergänzung zu ihrer standardmäßigen Schlaganfall-Rehabilitationsversorgung. Ziel ist es, die Erfahrung des Patienten während des Trainings qualitativ zu messen und seinen subjektiv wahrgenommenen Nutzen per Interview zu erfassen.
• Quantifizierung des Ausmaßes, in dem sich die Vorteile des TMS-NF-Trainings über den motorischen Bereich hinaus verallgemeinern und die Stimmung und Aspekte der Kognition beeinflussen.
• Beschreibung der funktionellen und strukturellen Gehirnmechanismen, die Verbesserungen der motorischen Funktion der oberen Extremitäten aufgrund der Selbstregulierung der kortiko-spinalen Erregbarkeit unter Verwendung von TMS NF zugrunde liegen.