Brain Computer Interface (BCI) -tekniikka aivohalvauksen käsien kuntoutukseen (ARTS-BCI)

Fysioterapiamenetelmät ovat aivohalvauksen de facto kuntoutusta, johon osallistuvat ihmisterapeutit auttamaan aivohalvauspotilaita motoristen kykyjensä palautumisessa. Nykyaikaisia ​​kuntoutustekniikoita ovat robotiikka, toiminnallinen sähköstimulaatio, transkraniaalinen magneettistimulaatio ja virtuaalitodellisuus. Robottikuntoutus lievittää ihmisterapeuttien fyysisen kuntoutuksen työvaltaisia ​​puolia ja voi mahdollisesti parantaa aivohalvauksen kuntoutuksen tuottavuutta. Se perustuu kuitenkin pohjimmiltaan liikkeen toistoon visuaalisen palautteen avulla, joka auttaa aivohalvauspotilaita parantamaan heikkojen aivohalvauksen saaneiden käsien ja jalkojen motorisia kykyjä. Robotti pystyy kuitenkin edelleen liikuttamaan potilaan heikkoa osaa, vaikka potilas ei olisikaan tarkkaavainen harjoitteluun ja siten robottiharjoittelusta tulee passiivista toimintaa. Sitä vastoin BCI-pohjainen robottiharjoittelu varmistaa, että hemipareettiset potilaat osallistuvat aktiivisesti tahdonvoimaiseen liikkeeseen. Lisäksi hemiplegiset tai lukitut aivohalvauspotilaat, joilla ei ole motorista voimaa sairastuneissa raajoissa, voivat sitten kytkeytyä ja suorittaa tahdonvoimaisia ​​liikkeitä näille sairaille raajoille.

BCI-pohjainen robottikuntoutus täyttää tämän aukon havaitsemalla hemiplegisten potilaiden motorisen tarkoituksen elektroenkefalogrammin (EEG) signaaleista ohjata robottikuntoutusta. Tan Tock Seng Hospital (TTSH), National Neuroscience Institute (NNI) ja Institute for Infocomm Research (I2R) toteuttivat yhdessä tämän BCI-pohjaisen aivohalvauksen robottikuntoutusprojektin. TTSH:lla tehdyt alustavat kliiniset tutkimukset ovat osoittaneet, että aivohalvauspotilaat voivat käyttää BCI:tä yhtä tehokkaasti kuin terveet henkilöt.

Tämä tutkimusprojekti käsittelee erityisesti seuraavia puutteita aivohalvauksen kuntoutuksen alalla:

1. Single-modaalinen BCI - Nykyinen järjestelmä käyttää yhtä modaalista ei-invasiivista EEG-pohjaista BCI:tä, joka havaitsee motorisen tarkoituksen käyttämällä vähintään 2,5 sekunnin EEG-tietoja. Tästä syystä ehdotetaan kehittyneen multimodaalisen BCI:n, kuten lähi-infrapunaspektroskopian synergisointia EEG:n kanssa, tutkimusta, jotta saadaan aikaan herkempi ja tehokkaampi BCI-pohjainen robottikuntoutusjärjestelmä.
2. Vakiohoito - Nykyinen järjestelmä käyttää standardihoitoa kaikille aivohalvauspotilaille. Fysioterapeutit ja toimintaterapeutit ottavat kuitenkin yleensä käyttöön yksilöllisemmän hoidon kullekin aivohalvauspotilaalle. Siksi ehdotetaan tutkimusta yksilöllisestä terapiasta kullekin aivohalvauspotilaalle hänen oppimisnopeudensa ja neurologisen loukkauksensa mukaan.
3. Vain fysiologinen kuntoutus - Nykyinen järjestelmä suorittaa vain aivohalvauspotilaiden motoristen toimintojen fysiologista kuntoutusta. Tällä hetkellä joitain validoituja aivohalvauksen jälkeisen masennuksen asteikkoja, kuten Beckin masennuskartoitus, CES-D, Zung-asteikko, tilaominaisuus, HADS jne., on vaikea antaa aivohalvauspotilaille, jotka eivät voi osallistua arviointiin heikentyneen kielen tai kognitiivisten kykyjen vuoksi. Tästä syystä kehitettyä BCI-pohjaista kuntoutusjärjestelmää, joka tunnistaa myös aivohalvauspotilaan henkisen tilan, ehdotetaan kattavaksi sekä fysiologisen että psykologisen kuntoutuksen.
4. Yläraajojen kuntoutus - Nykyinen järjestelmä, joka käyttää kliinisesti todistettua MIT Manus -robottikuntoutusjärjestelmää, suorittaa vain yläraajojen kuntoutusta aivohalvauspotilaille bruttovaikutuksella. Ihmisen käden taidot sitä vastoin koostuvat monimutkaisemmista manipulaatioliikemalleista, joihin voidaan puuttua BCI-pohjaisella robottikuntoutuksella. Tästä syystä kehitettyä BCI-pohjaista kuntoutusjärjestelmää, joka kattaa käden toiminnan, ehdotetaan kattamaan koko yläraajan kuntoutuksen.