ALS 환자를 위한 EEG 뇌-컴퓨터 인터페이스의 임상 시연 (ALS)

근위축성 측삭 경화증(ALS)과 같은 중증 운동 장애가 있는 사람들은 의사소통 및 제어를 위한 대체 방법이 필요합니다. 어떤 식으로든 근육에 의존하는 가장 기본적인 기존 보조 기술조차 사용하지 못할 수 있습니다. 이러한 사람들에게는 신경근 기능에 의존하지 않는 통신 및 제어 기술이 필수적입니다. 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 이러한 개인에게 신경과 근육에 의존하지 않는 통신 및 제어 능력을 제공할 수 있습니다. 거의 완전히 마비된 사람도 센서 운동 리듬과 두피 기록 뇌파(EEG) 활동의 다른 기능을 제어할 수 있으며 이 제어를 사용하여 컴퓨터 커서를 1차원 또는 2차원으로 이동하여 문자를 선택할 수 있음이 밝혀졌습니다. 또는 아이콘을 사용하거나 로봇 팔을 움직일 수도 있습니다. 이 그룹은 이제 임상적으로 실용적인 BCI 응용 프로그램을 개발하고 실험실에서 사람들의 가정으로 변환하고 중증 장애가 있는 사람들의 삶에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 확립하는 데 주력하고 있습니다.

이 VA 시연 프로젝트의 목표는 BCI 기술이 근위축성 측삭 경화증(ALS)이 있는 재향군인의 삶을 개선할 수 있는 임상적으로 실용적이고 중요한 새로운 통신 및 제어 옵션임을 보여주는 것입니다. 이 프로젝트는 네 가지 잘 뒷받침되는 가설을 테스트할 것입니다. (1) 기존의 보조 기술이 부적절하다고 생각하는(또는 곧 알게 될) ALS 환자는 면밀한 기술적 감독 없이 일상 생활에서 중요한 목적을 위해 BCI 시스템을 사용할 수 있고 사용할 것입니다. 2) 그들은 연구 기간 내내 이 사용을 계속하고 심지어 증가시킬 것입니다.

이러한 가설에 따라 목표는 다음과 같습니다.

목표 1: 참여하는 VA 센터 5~6곳에서 VA 건강 전문가(예: 의사, 간호사, 임상간호사, 의사 보조사, EEG 기술자, 치료사, 재활 전문가, 의료 연구원)로 구성된 2~4명 팀을 모집합니다. BCI 홈 시스템의 사용 및 지속적인 지원에 대해 교육합니다. 이 팀은 VA ALS 데이터베이스, 지역 ALS 협회 계열사 및 VA 클리닉을 사용하여 기존 보조 기술로 적절하게 서비스를 받지 못하는 ALS 환자 3-4명을 각 사이트에서 식별하고 모집합니다. 안정적인 물리적 및 사회적 환경을 가지고 있습니다. BCI 사용을 기꺼이 지원하는 기본적인 컴퓨터 기술을 갖춘 간병인이 있습니다. VA 팀은 환자의 집에 BCI 시스템을 설치하고 이메일, 환경 제어, 컴퓨터 매개 대화, 워드 프로세싱 및/또는 엔터테인먼트. VA 팀은 환자가 일상 생활에서 통신 및 제어를 위해 BCI 기술을 사용하기 시작함에 따라 장거리 인터넷 기반 감독을 제공할 것입니다. 프로젝트 팀은 BCI 사용 초기에 현장 감독을 받고 나중에 주기적으로 가정 내 평가를 받을 수 있습니다. 프로젝트에 대한 지속적인 감독 및 지침을 제공하는 것 외에도 그룹은 신뢰할 수 있는 운영에 필수적인 BCI 소프트웨어 적응 및 조정을 통합하고 간병인 인터페이스 및 시스템 운영의 다른 측면을 합리화합니다. 궁극적인 목표는 최소한의 지속적인 기술 지원으로 가정에서 많은 중증 장애인이 사용할 수 있는 실용적인 시스템입니다.

목표 2: BCI 사용의 범위와 성공 및 삶의 질에 미치는 영향을 평가합니다. 인터넷 링크와 정기적인 방문을 통해 프로젝트 팀은 특정 기능(예: 가족과의 상호 작용, 이메일) 지원에 대한 중요성 측면과 절대적 측면에서 BCI 사용량을 정량화합니다. 정확도와 속도 측면에서 BCI 성능을 정량화합니다. 또한 표준 및 전문화된 삶의 질 측정 및 BCI 평가 설문지를 사용하여 BCI 기술이 사용자, 간병인 및 가족의 삶에 미치는 장기적인 영향을 정량적으로 평가할 것입니다. BCI 사용의 정도와 특성에 대한 질병 진행의 영향(예: 남아있는 신경근 기능의 상실)도 모니터링됩니다. 우리는 이 작업을 통해 BCI 시스템이 제공하는 통신 및 제어 응용 프로그램이 ALS 중증 장애가 있는 사람들이 많이 사용하고 BCI가 그들과 가까운 사람들의 삶에 지속적인 개선을 가져올 수 있으며 BCI를 사용하지 않으면 완전히 갇힌 사람들이 가족 및 친구와 계속해서 교류할 수 있습니다.

이 프로젝트의 성공은 피험자, VA 사이트 및 프로젝트 팀 간의 신뢰할 수 있는 고속 일일 통신의 구축 및 유지에 달려 있습니다. VA와 조사관은 매일, 주 7일 각 피험자의 EEG 데이터를 평가할 수 있어야 질문에 답하고 문제를 해결할 수 있으며 시스템 매개변수를 24시간 이내에 최적화할 수 있습니다.

이 연구에서 첫 번째 주요 가설은 피험자가 일상 생활에서 중요한 목적을 위해 BCI를 사용하기 시작하고 연구 기간 동안 이러한 사용을 계속하고 심지어 증가시킬 것이라는 것입니다. 따라서 이 가설에 대한 주요 정량적 결과는 1) BCI를 사용하는 데 소요된 시간과 2) 연구 기간 동안 이 시간의 변화가 될 것입니다. BCI 사용 시간이 상당하고 연구 기간 동안 안정적으로 유지되거나 증가하면 피험자가 BCI 시스템이 바람직하고 가치 있다고 결론을 내릴 수 있습니다. 두 번째 기본 가설은 BCI가 ALS 중증 장애인의 삶의 질을 향상시킬 것이라는 것입니다. 이차 결과는 다음과 같습니다. 간병인의 삶의 질 측정; BCI 유용성에 대한 환자 및 간병인 평가; BCI 성능(즉, 속도 및 정확도) 기술 지원에 프로젝트 직원이 소요한 시간.

이 연구의 완료와 목표의 달성은 EEG 기반 BCI 기술을 실험실 밖으로 옮기고 이것이 장애가 있는 사람들의 삶을 실질적으로 개선할 수 있는 강력하고 임상적으로 실용적이며 저렴한 통신 및 제어 기술임을 입증하는 데 도움이 될 것입니다. ALS. 또한 이 연구는 VA가 가장 심각한 장애가 있는 많은 환자에게 제공할 수 있는 중요한 새 옵션인 BCI 기반 통신을 검증하고 설정해야 합니다. 이 성과로 VA는 근본적으로 새롭고 중요한 보조 기술을 환자에게 제공할 수 있는 세계 최초이자 유일한 기관이 될 것입니다.

40명의 예비 BCI 사용자가 포함 기준을 충족하고 정보에 입각한 동의를 제공했습니다*. [*각주 1: 정보에 입각한 동의를 제공한 추가 2명이 이후 포함 기준을 충족하지 못하는 것으로 확인되었습니다.] 37명은 BCI 평가 세션을 완료했고, 28명은 BCI 정확도 기준을 충족했으며, 27명은 집에 BCI 시스템을 설치했습니다.