Einsatz von Neurotechnologie zur Unterstützung von Kindern mit körperlichen Beeinträchtigungen aufgrund von Zerebralparese

Ziel: Hemiparetische Zerebralparese führt zu schwerer einseitiger motorischer Schwäche, die die obere Extremitätenfunktion und den Alltag von Kindern beeinträchtigt. Effektive, evidenzbasierte Therapien – insbesondere ansprechende, intensive Interventionen wie Brain-Computer-Interface in Kombination mit Funktioneller Elektrostimulation (BCI-FES) – bleiben in pädiatrischen Populationen begrenzt und unzureichend erforscht. Die Studie zielt darauf ab, diese Lücke zu schließen, indem ein kindzentriertes BCI-FES-Rehabilitationsmodell für obere Extremitätenmotorikstörungen angepasst und validiert wird, um eine wirksame und ansprechende Therapie für Kinder mit hemiparetischer Zerebralparese zu ermöglichen.

Ziele Ziel 1: Bestimmung der Wirksamkeit von BCI-aktivierter FES für Kinder mit hemiparetischer Zerebralparese zur Verbesserung funktioneller Ergebnisse.

Ziel 2: Entwicklung, Validierung und Optimierung eines kindzentrierten BCI-FES-Rehabilitationsmodells, das die obere Extremitätenmotorik und Alltagsaktivitäten von Kindern mit hemiparetischer Zerebralparese verbessert, um skalierbare, wirksame neurotechnologiebasierte Therapien zu ermöglichen, die funktionelle Unabhängigkeit und Lebensqualität in der pädiatrischen Rehabilitation steigern.

Methode Der Aufbau kombiniert EEG, FES und Echtzeit-Visualfeedback, um ein geschlossenes Trainingssystem zu schaffen. Während jeder Sitzung zeichnet eine EEG-Kappe motorbezogene Gehirnaktivität auf, während ein Teilnehmer eine bestimmte Bewegung vorstellt (zum Beispiel Handgelenkstreckung). Wenn das System die Bewegungsvorstellung korrekt erkennt, liefert es FES an die entsprechenden Muskeln und zeigt die assoziierte Bewegung auf einem Bildschirm über einen animierten Avatar an.

Das Projekt verwendet das g.tec recoveriX-System (g.tec, Schiedlberg, Österreich), eine kommerziell erhältliche BCI-Suite, die EEG-Aufzeichnung und funktionelle Elektrostimulation integriert.

BCI: EEG-Signale werden mit einem 16-Kanal-Gel-EEG-Headset aufgezeichnet. Aufzeichnungselektroden werden gemäß dem internationalen 10-10-System platziert. Der Klassifikationsalgorithmus erzeugt Klassifikationsgenauigkeit, definiert als Prozentsatz korrekter Vorhersagen, die das BCI bei der Identifizierung beabsichtigter Bewegungsvorstellungsbefehle erzeugt.

FES: Elektrische Muskelstimulation wird bilateral über zwei g.Estim-Elektrostimulatoren (g.tec, Graz, Österreich) geliefert, die rechteckige biphasische Konstantstromimpulse erzeugen.

Visuelles Feedback: Ein Monitor, der direkt vor jedem Teilnehmer positioniert ist, zeigt zwei virtuelle Handavatare, die Echtzeit-Visualfeedback liefern, das die beabsichtigte Bewegung widerspiegelt. Wenn das System Bewegungsvorstellung erfolgreich erkennt, führt der Avatar die entsprechende Bewegung auf dem Bildschirm aus.

Intervention Die Intervention besteht aus zwei Komponenten: Trainingssitzungen und Rehabilitationssitzungen.

Trainingssitzungen: Das Training kalibriert das System durch Aufzeichnung von EEG-Signalen während der Bewegungsvorstellung von linker oder rechter Handgelenkstreckung. Teilnehmer werden angeleitet, Handgelenkstreckung für beide Hände zu visualisieren. Jede Sitzung umfasst drei Versuche von etwa 15 Minuten. Jeder Versuch enthält 80 Durchläufe von 8 Sekunden Dauer.

Rehabilitationssitzungen: Während der Rehabilitation steuert der während des Trainings generierte Klassifikator visuelles und elektrisches Feedback. Teilnehmer absolvieren bis zu drei Versuche pro Sitzung und verwenden Audiohinweise, um Bewegungsvorstellungsversuche zu lenken. Visuelles Feedback und elektrische Stimulation werden nur bereitgestellt, wenn Bewegungsvorstellung genau klassifiziert wird und mit der Hinweisrichtung übereinstimmt.

Teilnehmer nehmen an 15 bis 20 recoveriX-Sitzungen über drei aufeinanderfolgende Wochen teil. Jede Sitzung dauert bis zu 90 Minuten und beinhaltet randomisierte Bewegungsvorstellungsversuche mit beiden Gliedmaßen. Sitzungen werden entsprechend der Teilnehmertoleranz angepasst, mit geplanten Ruhephasen und optionalen zusätzlichen Pausen, um Komfort und Engagement aufrechtzuerhalten.