脳卒中患者の歩行再訓練のためのブレインコンピューターインターフェース支援運動イメージの効果

最初の研究では、研究登録の9か月以上前に下肢障害を伴う初めての出血性または虚血性皮質下脳卒中を起こした20人の被験者を提案します。 被験者は、治験医師の患者コホートの既存の患者から、および主治医からの紹介から募集されます。 最初のスクリーニング訪問中に、被験者が参加基準を満たしていることが確認され、インフォームドコンセントが研究スタッフによって取得されます。 被験者は、実験手順、関連するリスクと利点、および研究中の責任について詳細に説明されます。

同意が得られると、被験者は MI-BCI ユーザビリティ セッションを受け、コンピュータ画面の前に快適に座ります。 活性化された皮質領域の脳波痕跡を記録するために、被験者の頭の上に脳波キャップを快適に着用します。 被験者はその後、影響を受けた脚で適切に歩いている自分を想像するための精神的イメージタスクを実行するように指示されます. 脳波からアイドル状態から正しい運動イメージを分類する際の精度は、被験者ごとに記録されます。 57.5% を超える精度を取得した被験者は、MI-BCI トレーニング プログラムの対象と見なされます。 MI-BCIトレーニングの対象となる被験者は、（1）機能的臨床測定（10メートル歩行テストおよびUp-to-Goテスト）、（2）歩行分析、（3）皮質活動評価を含む一連の機能評価を受けます。 TMS を使用し、(4) MRI および DTI スキャンを使用します。 (5) Beck Depression Inventory、疲労重症度スケール、デジタル スパン テストを含む心理テスト。 MI-BCIトレーニングの開始前に、被験者はもう1回MI-BCIキャリブレーションセッションを受けます。これは、BCIユーザビリティセッションとまったく同じように実行され、分析のためのより価値のあるデータを収集します. 5 つの評価と MI-BCI キャリブレーション セッションがすべて終了したら、週 3 回の頻度で MI-BCI トレーニングを開始し、4 週間継続します。 MI-BCI トレーニングの手順は、BCI ユーザビリティ セッションの手順と同じですが、被験者が正確な精神的イメージをうまく実行すると、コンピューター画面の漫画のキャラクターがアクティブになり、前に歩きます。 MI-BCIトレーニングを受けている被験者は、40回の試行ごとに休憩時間（5分）を割り当てて、MIの160回の試行を行う必要があります。 各セッションは、セットアップ時間を除いて約 45 分続きます。 被験者が MI タスクを正常に実行できる回数と、被験者がタスクを実行できる容易さを記録します。 イベント関連の脱同期または同期 (ERD/ERS) などの明確な脳信号は、健康な被験者の実際の運動運動と想像上の運動運動の両方について、EEG で検出可能です。 この技術を使用して、動きの想像力をオンライン コマンドに変換する MI-BCI は、運動障害に苦しむ脳卒中患者に有望な神経通信システムを提供します。 私たちは以前、I2R-A*STAR BCI と協力して、EEG アンプと同期する特注の BCI ソフトウェアを設計しました。 上肢の脳卒中障害に対するこの特注の MI-BCI デバイスの有効性を実証したため、使用される手順と機器は、画面に漫画のキャラクターを表示するソフトウェア インターフェイスを除いて同一に保たれます。 被験者は、4週間のMI-BCIトレーニングの終わりと、MI-BCIトレーニングの最後のセッションの4〜6週間後に、それぞれ（1）機能的臨床結果測定（10メートル歩行テストUp-to-Go テスト)、(2) 歩行分析、(3) TMS を使用した皮質活動評価、および (4) MRI および DTI。 (5) Beck Depression Inventory、疲労重症度スケール、デジタル スパン テストを含む心理テスト。

タイムアップ アンド ゴー テストは、可動性の測定です。 座った姿勢から立つ、歩く、向きを変える、止まる、座るなど、さまざまな作業が含まれます。 テストでは、標準的な椅子から立ち上がり、約 3 メートルの距離を歩き、向きを変えて椅子に戻り、再び座るよう求められます。 10メートルウォークテストは歩く速さを測るテストです。 時間指定のアップツーゴー テストと 10 メートル ウォーク テストは、認定された理学療法士または訓練を受けた研究スタッフによって評価され、セットアップ時間を含めて約 30 分かかります。

歩行分析は、運動の体系的な研究です。 認定された医療技術者または訓練を受けた研究スタッフによって、NUHで実施されます。 被験者はショーツを着用する必要があり、被験者の動きの質を将来分析するために、試験プロセス全体がビデオに記録される場合があります (顔はキャプチャされず、事前に同意が得られます)。 マーカーは、骨盤の腸骨棘、足首のくるぶし、膝関節丘など、体のさまざまな基準点に装着される場合があります。 筋電図 (EMG) センサーは、大腿四頭筋、ハムストリング、腓腹筋、および両脚の前脛骨筋の領域に装着される場合があります。 医療技術者または訓練を受けた研究スタッフの指示に従って、被験者がフォースプラットフォームを使用して歩道を歩いている間に、時間的および空間的測定の歩行パラメーターと関節運動学が記録されます。 各セッションは、準備時間を含めて約 1 時間続きます。

TMS は、皮質興奮性の変化によって指標化される皮質可塑性に関するこのトレーニングのメカニズムを調査するために実行されます。 MEP 研究では、最初に TMS 強度を調整して、脚の前脛骨筋のベースライン MEP を介入前に約 1 mV のピーク間振幅に達成します。 刺激強度は、試験中、各被験者で一定に保たれます。 MEP は、オフライン分析のためにコンピューターに記録されます。 毎回 10 個の MEP を記録し、ピーク間の振幅を平均します。 ペア パルス刺激の場合、最初のサブスレッショルド コンディショニング刺激が適用され、可変刺激間隔 (ISI) で 2 番目のスレッショルド刺激が続きます。 次の ISI を使用します - 2、3、4、6、9、10、12、15 ミリ秒。 治療前後の各 ISI の変化率は MEP から計算されるため、皮質内の促進と抑制の変化を測定することが重要になります。 各セッションは、準備時間を含めて約 1 時間続きます。

MRI/DTIスキャンはCIRC、NUSで実施されます。 スキャンの前に、すべての患者は検査手順と安全面について簡単に説明されます。 医療訓練を受けた医師が手術中待機します。 すべての参加者は、標準的な高周波ヘッド コイルを使用して 3-T GE スキャナーでスキャンされます。 フォームパッドと額を固定するストラップにより、頭の動きを最小限に抑えました。 T1 強調高解像度スキャンと軸流体減衰反転回復画像のセットが取得されます。 T1 強調および流体減衰反転回復画像は、Matlab で実装された等方性ボクセル サイズの画像に再配置され、空間的に正規化されます。 各セッションは、準備時間を含めて約 1 時間続きます。

研究スタッフは、この研究で認知改善の交絡効果を制御するために、Beck Depression Inventory (BDI)、Fatigue Severity Scale (FSS)、前方および後方指スパンを管理します。