EEG-aivojen ja tietokoneiden käyttöliittymän kliininen esitys ALS-potilaille (ALS)

Vakavista motorisista häiriöistä, kuten amyotrofisesta lateraaliskleroosista (ALS) kärsivät ihmiset tarvitsevat vaihtoehtoisia viestintä- ja valvontamenetelmiä. He eivät ehkä pysty käyttämään edes alkeellisia tavanomaisia ​​aputekniikoita, jotka kaikki ovat tavalla tai toisella riippuvaisia ​​lihaksista. Näille ihmisille viestintä- ja ohjaustekniikka, joka ei riipu hermo-lihastoiminnasta, on välttämätöntä. Aivo-tietokonerajapinnat (BCI) voivat antaa näille henkilöille viestintä- ja ohjauskapasiteetin, joka ei riipu hermoista ja lihaksista. On osoitettu, että jopa lähes täysin halvaantuneet ihmiset voivat hallita sensorin motorisia rytmejä ja muita päänahan tallennetun elektroenkefalografisen (EEG) toiminnan ominaisuuksia ja että he voivat käyttää tätä säädintä siirtääkseen tietokoneen kohdistinta yhdessä tai kahdessa ulottuvuudessa, kirjainten valitsemiseen. tai kuvakkeita tai jopa liikuttaa robottikättä. Ryhmä keskittyy nyt kehittämään kliinisesti käytännöllisiä BCI-sovelluksia, muuttamaan niitä laboratoriosta ihmisten koteihin ja varmistamaan, että niillä voi olla myönteinen vaikutus vakavasti vammaisten ihmisten elämään.

Tämän VA-demonstraatioprojektin tavoitteena on osoittaa, että BCI-teknologia on kliinisesti käytännöllinen ja tärkeä uusi viestintä- ja ohjausvaihtoehto, joka voi parantaa amyotrofista lateraaliskleroosia (ALS) sairastavien veteraanien elämää. Projektissa testataan neljää hyvin tuettua hypoteesia: (1) ALS-potilaat, jotka pitävät (tai pian huomaavat) perinteisen aputekniikan riittämättömäksi, voivat käyttää ja tulevat käyttämään BCI-järjestelmää tärkeisiin tarkoituksiin päivittäisessä elämässään ilman tarkkaa teknistä valvontaa, 2) he jatkavat ja jopa lisäävät tätä käyttöä koko tutkimuksen ajan, (3) että BCI:n käyttö parantaa heidän elämäänsä ja 4) BCI parantaa heidän perheidensä ja hoitajiensa elämää.

Näiden hypoteesien mukaisesti tavoitteet ovat:

Tavoite 1: Rekrytoida 2–4 ​​hengen ryhmä VA-terveysalan ammattilaisia ​​(esim. lääkäreitä, sairaanhoitajia, sairaanhoitajia, lääkäriassistentteja, EEG-teknikoita, terapeutteja, kuntoutusasiantuntijoita, lääketieteen tutkijoita) kuhunkin 5–6 osallistuvaan VA-keskukseen, ja kouluttaa heidät BCI-kotijärjestelmän käyttöön ja jatkuvaan tukeen. Nämä tiimit käyttävät VA ALS -tietokantaa, paikallisia ALS-yhdistyksen tytäryhtiöitä ja VA-klinikoita tunnistaakseen ja rekrytoidakseen kuhunkin paikkaan 3–4 ALS-potilasta, joita perinteinen aputekniikka ei palvele riittävästi; heillä on vakaa fyysinen ja sosiaalinen ympäristö; ja sinulla on omaishoitajat, joilla on tietokoneen perustaidot ja jotka ovat valmiita tukemaan BCI:n käyttöä. VA-tiimit asentavat BCI-järjestelmiä potilaiden koteihin ja opettavat heille ja heidän hoitajilleen järjestelmän päivittäisen käytön yksittäisten potilaiden haluamissa sovelluksissa, kuten sähköposti, ympäristönhallinta, tietokonevälitteiset keskustelut, tekstinkäsittely ja/tai viihde. VA-tiimit tarjoavat pitkän matkan Internet-pohjaista valvontaa, kun potilaat alkavat käyttää BCI-tekniikkaa kommunikointiin ja valvontaan päivittäisessä elämässään. Projektiryhmät ovat käytettävissä paikan päällä valvomaan BCI:n käytön alussa ja säännöllisiin kotiarviointeihin myöhemmin. Projektin jatkuvan valvonnan ja ohjauksen lisäksi ryhmä keskittyy vähentämään jatkuvan asiantuntijatuen tarvetta (sekä paikan päällä että etänä) sisällyttämällä BCI-ohjelmistoon luotettavan toiminnan kannalta välttämättömiä mukautuksia ja säätöjä sekä yksinkertaistamalla ja hoitajan käyttöliittymän ja muiden järjestelmän toiminnan näkökohtien virtaviivaistaminen. Lopullisena tavoitteena on käytännöllinen järjestelmä, jota monet vakavasti vammaiset voivat käyttää kodeissaan vähäisellä jatkuvalla teknisellä tuella.

Tavoite 2: Arvioida BCI:n käytön laajuutta ja menestystä sekä sen vaikutusta elämänlaatuun. Internet-linkin ja säännöllisten vierailujen kautta projektitiimit arvioivat BCI:n käytön määrän sekä absoluuttisesti että sen tärkeyden perusteella tiettyjen toimintojen tukemisessa (esim. vuorovaikutus perheen kanssa, sähköposti); ja mittaa BCI:n suorituskyvyn tarkkuuden ja nopeuden suhteen. Lisäksi tavanomaisia ​​ja erikoistuneita elämänlaatumittauksia ja BCI-arviointikyselyitä käytetään kvantitatiivisesti arvioimaan BCI-teknologian pitkän aikavälin vaikutuksia käyttäjien, heidän omaishoitajiensa ja heidän perheidensä elämään. Myös taudin etenemisen (esim. jäljellä olevan hermolihastoiminnan menetys) vaikutuksia BCI:n käytön laajuuteen ja luonteeseen seurataan. Odotamme tämän työn osoittavan, että BCI-järjestelmän tarjoamat viestintä- ja ohjaussovellukset ovat raskaasti ALS-vammaisten ihmisten käytössä, että BCI voi tuottaa pysyvää parannusta heidän ja läheistensä elämään ja että BCI voi jopa antaa ihmisten, jotka muutoin olisivat täysin lukittuneita, jatkaa vuorovaikutusta perheidensä ja ystäviensä kanssa.

Tämän projektin menestys riippuu luotettavan nopean päivittäisen viestinnän luomisesta ja ylläpidosta koehenkilöiden, VA-sivustojen ja projektitiimin välillä. VA:n ja tutkijoiden on kyettävä arvioimaan kunkin koehenkilön EEG-tiedot joka päivä, 7 päivää/viikko, jotta kysymyksiin voidaan vastata, ongelmia voidaan ratkaista ja järjestelmäparametrit voidaan optimoida 24 tunnin sisällä.

Tässä tutkimuksessa ensimmäinen ensisijainen hypoteesi on, että koehenkilöt alkavat käyttää BCI:tä tärkeisiin tarkoituksiin päivittäisessä elämässään ja että he jatkavat ja jopa lisäävät tätä käyttöä koko tutkimuksen ajan. Näin ollen tämän hypoteesin ensisijaiset kvantitatiiviset tulokset ovat 1) BCI:n käyttöön käytetty aika ja 2) muutos tässä ajassa tutkimusjakson aikana. Jos heidän BCI-käyttöaikansa on huomattava ja pysyy vakaana tai kasvaa tutkimuksen aikana, voimme päätellä, että koehenkilöt ovat pitäneet BCI-järjestelmää toivottavana ja arvokkaana. Toinen ensisijainen hypoteesi on, että BCI parantaa ALS:n vuoksi vakavasti vammaisten ihmisten elämänlaatua. Toissijaisia ​​tuloksia ovat: hoitajan elämänlaatua koskevat mittaukset; potilaan ja hoitajan arviot BCI:n hyödyllisyydestä; BCI-suorituskyky (eli nopeus ja tarkkuus); ja projektihenkilöstön tekniseen tukeen käyttämä aika.

Tämän tutkimuksen loppuun saattamisen ja sen tavoitteiden saavuttamisen pitäisi auttaa siirtämään EEG-pohjainen BCI-tekniikka pois laboratoriosta ja osoittamaan, että se on tehokas, kliinisesti käytännöllinen ja edullinen viestintä- ja ohjaustekniikka, joka voi parantaa merkittävästi ihmisten elämää. ALS. Lisäksi tutkimuksen pitäisi validoida ja luoda tärkeä uusi vaihtoehto, BCI-pohjainen viestintä, jonka VA voi tarjota monille vakavimmin vammaisille potilaille. Tämä saavutus tekisi VA:sta ensimmäisen ja ainoan kokonaisuuden maailmassa, joka voi tarjota tämän radikaalisti uuden ja tärkeän aputekniikan potilailleen.

Neljäkymmentä mahdollista BCI-käyttäjää täytti sisällyttämiskriteerit ja antoi tietoisen suostumuksen*. [*Alaviite 1: Kahden muun henkilön, jotka antoivat tietoisen suostumuksen, todettiin myöhemmin, että ne eivät täyttäneet sisällyttämiskriteerejä.] 37 suoritti BCI-arviointiistunnot, 28 täytti BCI-tarkkuuskriteerin ja 27 sijoitti BCI-järjestelmän koteihinsa.