BCI-FES pour la rééducation des membres supérieurs en cas d'AVC chronique (BCI-FES)

Environ un tiers des patients victimes d’un accident vasculaire cérébral restent avec un handicap grave et permanent, secondaire à des séquelles motrices et à une mobilité réduite. La physiothérapie et l'ergothérapie représentent la principale alternative de rééducation chez les patients atteints de parésie du membre supérieur, cependant, malgré cela, après six mois de l'événement, environ 2/3 des patients seront toujours incapables d'utiliser le membre dans leurs activités quotidiennes.

Cela a conduit au développement de nouvelles alternatives thérapeutiques capables d’améliorer les effets de la physiothérapie conventionnelle. L'utilisation d'interfaces cerveau-ordinateur représente un paradigme en neurorééducation du membre supérieur puisqu'elle permet d'interpréter les intentions de l'utilisateur et de lui permettre d'interagir avec l'environnement en facilitant l'exécution des mouvements. Certains dispositifs effecteurs facilitant l’exécution de ce mouvement ont été testés, la stimulation électrique fonctionnelle étant l’une des plus utilisées.

Par conséquent, l'objectif de cette recherche est d'évaluer les bénéfices d'une thérapie expérimentale pour la récupération motrice du bras après un accident vasculaire cérébral, qui comprend l'application d'une thérapie de stimulation électrique fonctionnelle couplée au système d'interface cerveau-ordinateur basé sur le P-300 (BCI- Fès). A cet effet, les enquêteurs compareront deux groupes, le premier recevra uniquement une thérapie physique et professionnelle conventionnelle, tandis que le second recevra une thérapie conventionnelle avec la thérapie BCI-FES.

Trente-trois sujets présentant un membre supérieur parétique et des antécédents d'accident vasculaire cérébral chronique seront invités à participer à l'étude. Ceux-ci seront recrutés via la base de données des patients du service de réadaptation neurologique de l'Institut national de réadaptation Luis Guillermo Ibarra Ibarra (INRLGII), ainsi que directement auprès des médecins affectés au service de neurologie qui seront chargés d'inviter les patients atteints d'accident vasculaire cérébral chronique et les caractéristiques des critères d’inclusion.

Ils seront randomisés en deux groupes : le groupe expérimental recevra une thérapie P300-BCI-FES ainsi qu'une thérapie physique et professionnelle conventionnelle et le groupe témoin recevra uniquement une thérapie physique et professionnelle conventionnelle. La randomisation sera stratifiée en tenant compte principalement des variables suivantes : score FMA-UE de base et âge.

Les variables sociodémographiques et les antécédents cliniques pertinents seront collectés. De plus, une série de mesures cliniques sera réalisée à travers une batterie de tests qui permettront de connaître le degré de niveau fonctionnel du membre supérieur et l'auto-perception concernant sa capacité à l'utiliser dans les activités quotidiennes à travers les échelles suivantes : FMA- UE : Échelle d'évaluation Fugl-Meyer des membres supérieurs, ARAT : Action Research Arm Test, MAS : Échelle d'Ashworth modifiée, FIM : Mesure d'indépendance fonctionnelle, MAL : Journal d'activité motrice. Ces tests seront réalisés avant et à la fin de l'intervention dans les deux groupes.

Vingt séances de rééducation seront réalisées avec le système P300-BCI-FES d'une durée approximative de 1 heure, à raison de cinq séances par semaine pendant 4 semaines. Il a été décidé de proposer une thérapie intensive, car une plus grande efficacité et un degré de récupération plus élevé ont été observés chez les patients victimes d'un AVC qui reçoivent une rééducation intensive que chez ceux qui ne reçoivent pas de rééducation intensive. Ensemble, le médecin et le groupe de chercheurs de la division de génie médical réaliseront les séances de rééducation. Les chercheurs en génie médical seront en charge des aspects techniques du système, tant du côté de la FES que du BCI. D'autre part, le médecin sera en charge des aspects patient et thérapeutique, en vérifiant que les mouvements sont effectués le plus naturellement possible et en évaluant en permanence la sécurité et la fatigue pendant les séances.

Le système P300 BCI-FES, à utiliser pour l'intervention, se compose principalement de deux dispositifs médicaux et d'un ordinateur exécutant les programmes qui contrôlent le fonctionnement des dispositifs médicaux et du BCI. L'équipement médical se compose d'un système d'acquisition de signaux biomédicaux (g.Nautilus, g.tec Medical Engineering GmbH, Schiedlberg, Autriche) et d'un système de stimulation électrique (Rehastim 2, Hasomed GmbH, Magdeburg, Allemagne). Les deux appareils sont conformes à la norme internationale relative aux dispositifs médicaux (IEC/EN 60601).

D'une manière générale, le BCI (système d'acquisition de signal + logiciel de contrôle) se charge de déterminer le mouvement sélectionné par le patient, et d'envoyer la commande correspondante à la Neuroprothèse (stimulateur + logiciel de contrôle), qui à son tour envoie les séquences de stimulation au correspondant. électrodes, pour assister le mouvement du patient lors de la pratique des tâches fonctionnelles des membres supérieurs.

Il sera demandé aux patients de porter des vêtements confortables, des cheveux lavés et séchés, sans avoir appliqué de crème ou de gel. Un système d'acquisition sans fil sera utilisé pour enregistrer les signaux EEG. Les signaux EEG seront enregistrés à partir de 13 canaux EEG en utilisant le système international étendu 10-20 (F3, F4, Cz, C3, C4, Pz, P3 P4, PO3, PO4, PO7, PO8, Oz, référence commune dans le lobe de l'oreille droite, masse en AFz). Le stimulateur électrique programmable Rehastim 2 sera utilisé pour la stimulation électrique. La plate-forme logicielle BCI2000 sera utilisée pour effectuer toutes les tâches BCI : acquisition du signal EEG, extraction des caractéristiques ERP, traitement et classification du signal, et enfin prédiction du mouvement cible sélectionné par l'utilisateur. Une fois le mouvement cible sélectionné, le BCI envoie la commande de sortie correspondante au bloc de contrôle FES, développé dans MATLAB 2017b et Simulink, qui active à son tour le système FES.

Pour réaliser les séances de rééducation avec le système P300-BCI-FES proposé ci-dessus, une version modifiée du système matriciel classique "P300 Doncin Speller Interface" sera utilisée, où les lettres et caractères seront remplacés par des images de mouvements et de gestes de la main, notamment : ouverture de la main, préhension, pincement, pronation et supination. L'approche BCI sera basée sur le « paradigme bizarre », reposant sur la reconnaissance consciente par l'utilisateur de l'intensification (changement de couleur et augmentation de taille) d'une cible spécifique contenant un mouvement ou un geste de la main, au sein d'une séquence d'autres cibles non ciblées. stimuli visuels aléatoires. Cela suscitera le composant P300 dans le potentiel lié à l'événement.

Une séance d'étalonnage sera entreprise pour obtenir un premier enregistrement des signaux EEG qui sera utilisé pour entraîner un algorithme de classification (analyse de discrimination linéaire par méthode pas à pas, SWLDA), à l'aide de l'outil P3Classifier de la plateforme BCI2000. Les coefficients du classificateur obtenus lors de cette session d'étalonnage seront utilisés lors de la session BCI-FEST pour prédire les cibles sélectionnées par l'utilisateur.

De plus, les séances de rééducation seront divisées en 4 phases. La première phase consistera en l'observation des actions et la sélection des cibles ; dans cette phase, il sera demandé au sujet de maintenir son attention sur une image spécifique pendant 20 à 30 secondes et il lui sera demandé de compter le nombre de fois où l'image est intensifiée ; il leur sera également demandé de penser que c'est leur propre main qui exécute le mouvement observé. Dans la phase 2, il leur sera demandé de faire la même chose que dans la première phase, mais en plus il leur sera demandé d'essayer d'effectuer volontairement le mouvement illustré à l'écran. Dans la troisième phase, il leur sera demandé de faire la même chose que dans la première phase, mais dans cette phase, le feedback sera fourni avec le FES, mais il leur sera uniquement demandé d'observer le mouvement passivement, sans effectuer de mouvements volontaires. Dans la phase 4, en plus de ce qui sera fait dans la phase 3, il leur sera demandé d'effectuer une tâche impliquant un mouvement fonctionnel (avec des ustensiles utilisés dans les activités quotidiennes) ; de cette façon, il leur sera demandé de synchroniser leurs mouvements volontaires avec ceux induits par le FES, leur permettant ainsi d'effectuer la tâche fonctionnelle. Pendant l'intervention, la présence éventuelle de fatigue visuelle, de diminution de la concentration/attention visuelle, de la fatigue musculaire, des douleurs dans les articulations des membres supérieurs, des irritations/rougeurs cutanées sous les électrodes seront soigneusement surveillées.

L'étalonnage FES sera effectué avec quatre paires d'électrodes adhésives transcutanées, divisées en deux canaux, l'un chargé d'activer les muscles fléchisseurs du poignet et des doigts et l'autre chargé d'activer les muscles extenseurs du poignet et des doigts. Les cibles anatomiques de ces électrodes seront les nerfs médian, cubital et radial, qui innervent les muscles fléchisseurs-extenseurs du poignet et des doigts. Le canal 1 activera les fléchisseurs du poignet, fléchisseur radial du carpe et fléchisseur ulnaire du carpe ; le canal 2 activera les fléchisseurs des doigts long palmaire, fléchisseur superficiel des orteils et fléchisseur profond des orteils ; le canal 3 activera les extenseurs du poignet : extenseur long radial du carpe, extenseur radial du carpe court et extenseur ulnaire du carpe ; Le canal 4 activera les extenseurs des doigts extensor digitorum, extensor digiti minimi, extensor indicis, extensor pollicis brevis, extensor pollicis longus.

La physiothérapie et l'ergothérapie conventionnelles seront dispensées sur 20 séances d'une heure, à raison de 5 séances par semaine pendant 4 semaines, tant dans le groupe témoin qu'expérimental pour assurer un dosage égal entre les deux groupes. Il sera demandé aux patients de porter des vêtements confortables et de réaliser divers exercices dirigés par un physiothérapeute ou un professionnel de santé certifié, travaillant avec les composantes proprioceptives et sensorimotrices du membre supérieur atteint, dans les groupes musculaires : épaule et bras, coude et avant-bras, poignet, main et phalanges ; afin d'améliorer la force et le contrôle postural, de réduire la spasticité et de maintenir les plages de mobilité. De même, d'autres exercices seront proposés afin d'améliorer l'autonomie dans les activités de la vie quotidienne. Cela comprendra des activités telles que ramasser un verre, saisir et lâcher une balle, utiliser une brosse à dents, enfiler une chemise, couper un fruit/légume, etc.

En ce qui concerne l'IRMf, deux évaluations seront effectuées pour déterminer les changements associés à la neuroplasticité, une pré-intervention et une post-intervention. A cet effet, il sera demandé aux patients de porter des vêtements confortables et amples, en évitant l'utilisation de composants métalliques. La procédure et la durée de l'étude, qui dure environ 1 heure, seront expliquées, ainsi que les éventuels effets secondaires pouvant survenir lors des études IRM, qui sont généralement légers ou modérés, notamment : bourdonnements d'oreilles, paresthésies, hyperesthésie. , contractions musculaires, maux de tête, vertiges, maux de dos, somnolence, irritabilité, anxiété, nausées et xérostomie, précisant que le patient peut interrompre l'étude en cas d'inconfort majeur. De plus, un médecin sera présent pendant les études pour surveiller et résoudre toute éventualité.

L'IRMf à l'état de repos sera utilisée pour la conception expérimentale, permettant d'évaluer la connectivité fonctionnelle. Aussi, un indice de latéralité (LI) sera utilisé pour évaluer la latéralisation de l'activité corticale et quantifier la récupération. Cet indice de latéralité sera calculé en fonction de l'ampleur du changement du signal IRMf dans les régions d'intérêt évaluées et est représenté comme suit : LI = ROIAff-ROIUnaff / ROIAff+ROIUnaff, où ROIAff et ROIUnaff représentent l'activité mise en évidence par l'IRMf dans la zone affectée. et les régions d’intérêt non affectées, respectivement. Ce calcul donnera un nombre compris entre -1 et +1, avec des valeurs positives indiquant une latéralisation vers l'hémisphère affecté et des valeurs négatives indiquant une latéralisation vers l'hémisphère non affecté. Il est à noter que les régions d'intérêt à évaluer seront l'aire motrice primaire (M1) de chaque hémisphère, l'aire somatosensorielle primaire (S1), le cortex prémoteur dorsal (PMd) et le cortex prémoteur ventral (PMv), l'aire motrice supplémentaire (SMA) et la zone motrice pré-supplémentaire (pré-SMA), ainsi que le lobe pariétal supérieur (BA7).