Mental Imagery Neurofeedback nella riabilitazione dell'ictus

Questo studio sarà condotto come studio pilota al fine di ottimizzare e impostare i parametri per uno studio successivo che coinvolgerà più pazienti con ictus. I pazienti con ictus saranno addestrati a immaginare mentalmente l'apertura e la chiusura della mano (di seguito denominata MI, Motor Imagery). Durante la formazione, i pazienti riceveranno un feedback visivo in tempo reale che riflette l'attività neurale correlata ai processi motori. Il NeuroFeedback (NF) sarà proiettato con un ritardo minimo per massimizzare l'apprendimento neurale. Si ritiene che questo tipo di allenamento cerebrale con feedback abbia un'importanza significativa per stimolare la capacità del cervello di riorganizzarsi e compensare una regione danneggiata.

Ogni partecipante eseguirà la seguente procedura di raccolta dati (per un totale di 27-28 sessioni di misurazione per RP):

• Valutazioni cliniche di base, 1 volta/settimana per 3 settimane
• 1 misurazione MRI durante una settimana
• 2-3 registrazioni EEG di calibrazione durante una settimana
• Formazione MI-neurofeedback [3 volte/settimana] + Valutazione dell'intervento clinico [1 volta/settimana] per 4 settimane
• 1 misurazione MRI + 1 registrazione EEG di calibrazione durante una settimana
• Valutazioni dell'intervento clinico, 1 volta/settimana per 3 settimane

Misurazioni di risonanza magnetica (MRI). L'esame di risonanza magnetica verrà eseguito su uno scanner Siemens MAGNETOM Prisma 3T (head-coil con 20 canali) al basale e alla sessione di valutazione finale presso il Brain Imaging Centre dell'Università di Stoccolma. Il protocollo MRI comprende i) sequenze anatomiche dell'intero cervello spin-echo pesate in T1 e T2 per la descrizione della dimensione e della posizione della lesione ii) acquisizione di immagini EPI-BOLD dell'intero cervello con eco gradiente pesate in T2* per la valutazione della connettività funzionale dello stato di riposo di reti sensomotorie (risonanza magnetica funzionale allo stato di riposo (fMRI)), e iii) la stessa sequenza della precedente con riposo intervallato da un paradigma di immagini motorie ulteriormente descritto di seguito.

Paradigma Motor Imagery (MI). Il paradigma consiste nell'istruire RP, mediante l'uso di uno schermo di computer a specchio, a i) riposare la mente con gli occhi aperti, ii) immaginare mentalmente un movimento della mano (MI) o ii) eseguire un movimento della mano. I movimenti della mano che vengono istruiti sono per chiudere la mano o per aprire la mano ed estendere le dita. RP eseguirà diverse ripetizioni di ogni movimento della mano (MI ed esecuzione) al fine di raccogliere una base statistica.

Registrazione EEG di calibrazione. La calibrazione delle registrazioni EEG verrà eseguita 2-3 volte durante 1 settimana prima dell'intervento e una volta dopo l'intervento mentre il partecipante esegue il paradigma delle immagini mentali descritto sopra. RP sarà seduto davanti allo schermo di un computer e le valutazioni saranno registrate premendo un pulsante. Durante queste sessioni, verranno raccolti i dati EEG, EOG, EMG e accelerometrici, descritti in dettaglio di seguito.

Elettroencefalogramma (EEG), elettrooculogramma (EOG), elettromiogramma (EMG) e accelerometro. L'apparecchiatura EEG è costituita da un sistema di acquisizione EEG del cuoio capelluto a 64 elettrodi (Brain Products ActiCHamp). I 64 elettrodi (Ag/AgCl attivi) saranno distribuiti secondo il sistema di posizionamento di riferimento esteso 10-20. Oltre alla registrazione EEG, verranno posizionati 3 elettrodi (passivi Ag/AgCl, prodotti cerebrali) su ciascun lato di entrambi gli occhi e sul lobo dell'orecchio per misurare i movimenti oculari durante l'esperimento (EOG). Gli elettrodi EMG (passive Ag/AgCl, Brain Products) saranno posizionati su quattro muscoli che controllano il polso e le dita secondo un protocollo standardizzato. Due accelerometri-sensori (Brain Products) saranno posizionati sulla mano e sull'indice per registrare l'attività correlata al movimento.

Analisi dei dati EEG, EOG, EMG e dell'accelerometro. I dati registrati saranno ulteriormente analizzati offline al fine di valutare le caratteristiche nei dati che meglio descrivono l'IM dei movimenti della mano. Ciò verrà eseguito in Matlab e Labview combinando script personalizzati con toolbox già sviluppati (come EEGLab, Chronux). Le caratteristiche da valutare includeranno l'attività evocata, gli spettri tempo-frequenza, la fase, i coefficienti di correlazione, la coerenza tra l'altro. Una volta identificata la caratteristica che meglio descrive l'IM, verranno valutati diversi metodi di classificazione e di riconoscimento dei pattern nell'estrazione delle informazioni. Verranno valutati e confrontati, tra gli altri, algoritmi intelligenti, Support Vector Machine (SVM), regressione lineare regolarizzata, classificatori ingenui di Bayes. Questi sono metodi comunemente usati nel campo della neurotecnologia e un precedente studio comparativo che utilizzava dati neurali da registrazioni invasive mostra l'importanza di scegliere un classificatore ben adattato per l'estrazione di informazioni.

Formazione MI-NeuroFeedback (NFT). I dati EEG, EOG, EMG e accelerometrici saranno raccolti come descritto nella sezione "Apparecchiature EEG, EMG e accelerometrici". RP eseguirà il paradigma MI senza l'esecuzione di movimenti della mano. Il feedback in tempo reale dall'attività EEG registrata verrà fornito a RP durante l'IM. Il feedback consiste in una mano virtuale sullo schermo di un computer i cui movimenti riflettono l'attività cerebrale di RP correlata all'IM. I dati registrati verranno ulteriormente analizzati offline con gli strumenti analitici descritti nella sezione precedente.