Rehabilitación de accidentes cerebrovasculares crónicos con interfaz cerebro-computadora contralesional

El propósito de este estudio de investigación es mostrar que una computadora puede analizar ondas cerebrales y que esas ondas cerebrales pueden usarse para controlar un dispositivo externo. Además, este estudio mostrará si el movimiento pasivo de la mano afectada como resultado del control basado en el cerebro puede causar la rehabilitación de los efectos de un derrame cerebral.

El accidente cerebrovascular es el trastorno neurológico más común en los EE. UU. con 795 000 accidentes cerebrovasculares por año (Lloyd-Jones et al. 2009). De los sobrevivientes, el 77% experimenta debilidad o pérdida de la función motora en la extremidad superior (Lawrence et al, 2001). La recuperación motora en pacientes con accidente cerebrovascular post-agudo se ve complicada por una meseta aparente en la capacidad de lograr la recuperación más allá de los 3 meses después del accidente cerebrovascular (Duncan et al. 1992; Jorgensen et al. 1995; Lloyd-Jones et al. 2009). La gran población de pacientes con una calidad de vida disminuida y que requieren recursos médicos significativos alimenta la necesidad urgente de desarrollar métodos novedosos para mejorar la rehabilitación funcional en sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares crónicos. Proponemos que las señales corticales del hemisferio no afectado de los sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares crónicos se pueden usar para controlar el sistema de interfaz cerebro-computadora (BCI) para facilitar la recuperación funcional. El desarrollo de dichos sistemas BCI de rehabilitación es importante porque proporciona un camino hacia la recuperación funcional que actualmente no está disponible para muchos pacientes con accidentes cerebrovasculares crónicos.

Selección de tema:

Los participantes serán reclutados de poblaciones de pacientes de colaboradores y colegas del investigador principal, así como de estudios de investigación previos del investigador principal y colegas. También se reclutarán participantes de estudios de investigación anteriores. Los colegas proporcionarán información sobre el estudio a los candidatos interesados, y los candidatos se comunicarán con el equipo de investigación si desean que el personal del estudio los evalúe. A los pacientes se les hará una serie de preguntas de evaluación para determinar su elegibilidad para el estudio.

Métodos de estudio

El personal del estudio evaluará la elegibilidad de los participantes después de completar el proceso de consentimiento informado y la documentación. Después de evaluar la elegibilidad del estudio, el participante será asignado al grupo 1 o al grupo 2. Los participantes del grupo 1 completarán el estudio con la adición de imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) y un programa de ejercicios en el hogar de rango de movimiento (ROM) apropiado para el paciente. según lo determine un especialista clínico. Los participantes del Grupo 1 se someterán a 12 semanas cada uno de uso del dispositivo y el programa de ejercicios en el hogar. La mitad de los participantes usará el dispositivo antes del programa ROM y la otra mitad después (es decir, un diseño cruzado). Las exploraciones de neuroimagen se realizarán inmediatamente antes del uso del dispositivo, inmediatamente antes de comenzar la terapia ROM y al finalizar el estudio. Los participantes del grupo 2 participan en el estudio sin imágenes. Después de la evaluación de elegibilidad, los participantes se ubicarán en el Grupo 1 o 2 según la capacidad y la voluntad de participar en las resonancias magnéticas. El estudio se ejecutará en dos fases. En la Fase 1, cada participante completará hasta 3 sesiones para registrar señales de EEG. Para la grabación, los pacientes usarán un auricular EEG de grado de investigación con electrodos EEG colocados. Las señales se registrarán con un software de interfaz cerebro-computadora. Si las señales EEG del participante son adecuadas para controlar una órtesis de mano mediada por BCI, continuará en la fase 2 de este estudio. Fase 2 de este estudio, los participantes recibirán una ortesis de mano mediada por BCI y se les recomendará que usen el dispositivo diariamente en casa (5 de 7 días consecutivos) durante un mínimo de 12 semanas. El participante tendrá evaluaciones motoras a las 4 semanas, 8 semanas y 12 semanas de uso del dispositivo. Los pacientes del Grupo 1 siguen el mismo programa para la terapia ROM y las evaluaciones continuas de la función motora. Si el participante está logrando un progreso como lo demuestran las evaluaciones motoras a las 12 semanas de uso del dispositivo, se le puede pedir al participante que continúe utilizando esta terapia diariamente en el hogar hasta que el progreso se estabilice. Si esto ocurriera, los participantes tendrían evaluaciones motoras completadas cada 4 semanas de uso adicional del dispositivo (más allá del mínimo de 12 semanas). Se puede contactar a los participantes para completar una evaluación motora 6 meses después del uso del dispositivo para evaluar la durabilidad de la recuperación motora de la extremidad superior afectada.

Fase 1 - Evaluación de la señal de EEG Los participantes completarán dos visitas de detección de EEG para encontrar una señal de EEG consistente para controlar la órtesis de mano robótica. Se puede pedir a los participantes que completen un tercer examen de EEG si no se pudo identificar una señal consistente en los dos primeros exámenes de EEG. Durante las evaluaciones de EEG, los participantes usarán un auricular EEG con un subconjunto del sistema estándar de coordenadas de electrodos 10-20. La conexión adecuada se verificará mediante la inspección de señales. Se registrará un conjunto de datos de reposo de 7,5 minutos. En segundo lugar, se completará una tarea de imágenes motoras en la que los participantes recibirán indicaciones/indicaciones visuales en la pantalla de una computadora para imaginar movimientos de golpeteo con los dedos de la mano izquierda, la mano derecha o ambas manos durante un período de 5 a 10 segundos por indicación. Los datos de detección se analizarán para garantizar que haya suficientes señales corticales para el control del dispositivo. Los cambios de potencia espectral en el hemisferio no afectado se analizarán mediante un análisis de r-cuadrado. Los participantes deben exhibir cambios de potencia significativos en las ubicaciones de los electrodos del motor y las áreas corticales premotoras para lograr el control del dispositivo.

Métodos de resonancia magnética:

Obtendremos imágenes estructurales, de tensor de difusión (DTI) y fMRI en estado de reposo (rs-fMRI) de los pacientes en este estudio. Las imágenes estructurales se adquieren mediante exploraciones ponderadas en T1 y T2. Los escaneos DTI se adquirirán con valores b de 300, 1000 y 2000 s/mm² y 8, 32 y 60 direcciones de difusión. A partir de los datos del DTI se obtendrán mediciones específicas del tramo, como el volumen, la difusividad radial y la anisotropía fraccional (FA). Recopilaremos aproximadamente 22,5 minutos de rs-fMRI (3 exploraciones de 7,5 minutos cada una). Los datos se someterán a un flujo de preprocesamiento estándar que incluye suavizado espacial, filtrado de paso de banda temporal y eliminación por regresión de fuentes de varianza espuria. Los datos estarán censurados por volumen para evitar artefactos inducidos por el movimiento.

Fase 2 - Terapia BCI y evaluaciones motoras

Después de completar las evaluaciones de EEG, los participantes en el Grupo 1 y el Grupo 2 completarán dos conjuntos de evaluaciones motoras en el consultorio en dos días separados para establecer una línea de base. Estas evaluaciones a completar son:

• UEFM
• Índice de motricidad
• Escala de Ashworth modificada (flexión del codo, flexión de la muñeca)
• Dinamómetro de mano de agarre bruto
• Prueba de habilidad motora del brazo (AMAT)

Los participantes recibirán un dispositivo y un especialista clínico los capacitará en su uso y cuidado después de las evaluaciones motoras iniciales. En cada visita de evaluación motora de seguimiento, el especialista clínico hará que el participante traiga su dispositivo en cada seguimiento. El especialista clínico descargará todos los datos almacenados en el dispositivo, abordará cualquier pregunta o inquietud, modificará el ajuste y modificará el programa de ejercicios en el hogar según sea necesario.

Durante la visita de evaluación motora final, se les pedirá a los participantes que completen una pantalla de EEG final idéntica a la pantalla de EEG de referencia para estudiar los cambios sólidos en la actividad cortical que pueden haber ocurrido durante la rehabilitación de BCI. También se le pedirá al participante que complete una encuesta de experiencia del paciente en relación con la experiencia del usuario del dispositivo.

Los pacientes serán reembolsados ​​por su participación en el estudio. Los exámenes de EEG y las evaluaciones motoras se reembolsarán a razón de $25.00 cada uno. Las resonancias magnéticas se reembolsarán a razón de $50.00 cada una. Los pacientes que completen el estudio sobre el protocolo recibirán un incentivo adicional de $50.00.

Información de riesgo/seguridad (uso del dispositivo):

Probable: Ninguno

Menos probable: Fatiga por tareas informáticas repetitivas y/o frustración. La vista cansada y la fatiga pueden ser el resultado de intentos prolongados, mirando la pantalla de la computadora en todo momento.

Raros: Molestias menores asociadas con la estimulación muscular.

Un miembro del personal de investigación estará disponible mientras el sujeto participe en cualquier parte del estudio de investigación. Durante la experimentación, se le recordará al paciente que puede detener el estudio en cualquier momento y puede retrasar o finalizar cualquier sesión si experimenta molestias. La energía de la batería de los auriculares EEG es muy baja y, por lo tanto, no presenta ningún riesgo. La órtesis de mano robótica se operará para mover la mano de los participantes dentro de su rango de movimiento fisiológico y no ejercerá fuerzas lo suficientemente grandes como para dañar físicamente al paciente.

Además, la participación es voluntaria y el individuo puede optar por terminar en cualquier momento.

Información de Riesgo/Seguridad (MRI):

Probable: leve: fatiga, incomodidad por estar acostado en el escáner.

Menos probable: Leve - Sensación de claustrofobia. Molestias por el ruido fuerte del escáner.

Raro: Amenaza para la vida - Lesión por objeto de metal en el cuerpo. Existe un riesgo considerable para las personas que tienen objetos metálicos dentro del cuerpo, ya que el escáner de resonancia magnética utiliza un imán de alta potencia. Ejemplos de estos incluyen grapas quirúrgicas que quedan en el cuerpo después de la cirugía, prótesis de oído medio o implantes cocleares, delineador de ojos permanente, objetos extraños metálicos alojados dentro del ojo, marcapasos cardíacos y clavos dentro de las rodillas u otras articulaciones. Si los pacientes tienen algún tipo de objeto metálico en su cuerpo que no ha sido probado para la seguridad de la resonancia magnética, no pueden participar en la parte del estudio de resonancia magnética.

Supervisión del estudio:

La decisión de participar en este estudio es voluntaria. El participante puede optar por no participar o puede retirarse del estudio por cualquier motivo sin penalización o pérdida de los beneficios a los que tiene derecho y sin ningún efecto sobre la atención médica futura.

El investigador principal o el patrocinador pueden detener la participación en cualquier momento sin el consentimiento del participante por cualquier motivo. Algunas razones pueden incluir, pero no se limitan a:

• Si parece ser médicamente perjudicial para el participante;
• Si el participante no sigue las instrucciones para participar en el estudio;
• Si se descubre que el participante no cumple con los requisitos del estudio;
• Si el estudio se cancela; o
• Por razones administrativas, incluida la inscripción competitiva: el número objetivo de sujetos ha ingresado al estudio

El médico del estudio/investigador principal del estudio supervisará todo el ensayo clínico.

Análisis / Gestión de datos:

Los datos serán analizados con múltiples técnicas, incluyendo:

• Se utilizarán múltiples algoritmos matemáticos para traducir la actividad electrocortical analógica sin procesar en un perfil de señal estadísticamente significativo. Estos incluirían enfoques como el análisis autorregresivo, transformadas rápidas de Fourier, análisis de varianza, técnica de relación señal-ruido (SNR), técnica de señal de correlación cruzada, etc. Estos métodos se utilizarían principalmente para el análisis de señales fuera de línea.
• En la fase 2, se utilizarán pruebas de función motora (UEFM, índice de motricidad, Ashworth modificado, fuerza de prensión, durante el uso del dispositivo y después del uso del dispositivo) para probar el impacto del dispositivo en los efectos de rehabilitación de la función de las extremidades superiores.
• En la fase 2, los cambios en los patrones de conectividad funcional antes y después del tratamiento se evaluarán mediante análisis estadístico de la siguiente manera: construcción de regiones de interés (ROI); El ROI se utilizará como "semilla" para crear ROI en mapas de correlación de vóxeles de todo el cerebro; metodologías estadísticas de mapas de correlación (análisis que tratan a los participantes como un efecto aleatorio para probar los efectos de grupo en los mapas de correlación transformados de Fischer-z, y los mapas de grupo resultantes corregidos para comparaciones múltiples utilizando simulaciones de Monte-Carlo calculadas previamente).

El UEFM servirá como la medida principal del éxito estadístico. Debido a que utilizaremos pruebas de referencia antes de que comience el tratamiento, utilizaremos una prueba de medidas repetidas, como la prueba t pareada, suponiendo una distribución normal de puntuaciones. La parte de la extremidad superior del UEFM evalúa la función motora de agarre en la extremidad superior afectada. El resultado estadístico clave se basará en la comprensión de la subprueba, ya que el dispositivo tiene el mayor impacto potencial en este dominio. Las estimaciones de potencia sugieren que 10 sujetos serán suficientes para obtener resultados significativos en una prueba T pareada; se inscribirán hasta 20 pacientes para permitir la deserción.

Confidencialidad:

Todos los datos clínicos y experimentales serán desidentificados mediante la asignación de un código generado aleatoriamente. Además, también se eliminarán todos los datos rastreables de los registros médicos copiados. Los registros en papel se mantendrán en un gabinete cerrado con llave en una suite de oficina cerrada. Los registros electrónicos se almacenarán en una computadora de laboratorio en un archivo protegido con contraseña. Solo los miembros del equipo de estudio tendrán acceso a los registros. Una vez finalizado el proyecto de investigación, el investigador principal eliminará todos los archivos electrónicos y triturará todos los formularios en papel que contengan identificadores.

Un miembro del equipo de investigación puede discutir el estudio con el participante en persona o por teléfono para describir el estudio al paciente y determinar si está dispuesto a participar. Sin embargo, el paciente será consentido en persona.

Objetivo del proyecto:

El objetivo final de este proyecto es desarrollar un método funcional y clínicamente factible para restaurar la función de los sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares con discapacidad motora. Al desarrollar un nuevo método de rehabilitación, esperamos crear un sistema que permita la retroalimentación de circuito cerrado a través de una órtesis de mano robótica en el lado con discapacidad motora de los pacientes con accidente cerebrovascular en respuesta a los movimientos previstos de los músculos. El método, si tiene éxito, representaría un método no invasivo para promover el aprendizaje motor y la recuperación en sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares.