뇌졸중 손 재활을 위한 뇌 컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술 (ARTS-BCI)

물리 치료 접근법은 뇌졸중 환자의 운동 능력 회복을 돕기 위해 인간 치료사가 참여하는 사실상의 뇌졸중 재활입니다. 현대 재활 기술에는 로봇 공학, 기능적 전기 자극, 경두개 자기 자극 및 가상 현실이 포함됩니다. 로봇 재활은 인간 치료사에 의한 신체 재활의 노동 집약적인 측면을 완화하고 잠재적으로 뇌졸중 재활의 생산성을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 뇌졸중 환자가 뇌졸중에 영향을 받은 약한 팔과 다리의 운동 능력을 향상시키는 데 도움이 되는 시각적 피드백을 통한 움직임 반복을 근본적으로 기반으로 합니다. 그러나 환자가 훈련에 주의를 기울이지 않아도 로봇은 여전히 ​​환자의 약한 부분을 움직일 수 있으므로 로봇 훈련은 수동적인 활동이 됩니다. 대조적으로, BCI 기반 로봇 훈련은 편마비 환자가 자발적인 움직임을 만드는 데 적극적으로 참여하도록 함으로써 작동합니다. 또한, 영향을 받는 팔다리에 운동력이 없는 편마비 또는 잠긴 뇌졸중 환자는 영향을 받는 팔다리에 참여하고 자발적인 움직임을 수행할 수 있습니다.

BCI 기반 로봇 재활은 뇌파(EEG) 신호에서 편마비 환자의 운동 의도를 감지하여 로봇 재활을 구동함으로써 이러한 격차를 메웁니다. 이 뇌졸중 연구 프로젝트를 위한 BCI 기반 로봇 재활 프로젝트는 Tan Tock Seng Hospital(TTSH), National Neuroscience Institute(NNI) 및 Institute for Infocomm Research(I2R)가 공동으로 수행했습니다. TTSH에서 수행된 예비 임상 시험은 뇌졸중 환자가 건강한 사람만큼 효과적으로 BCI를 작동할 수 있음을 보여주었습니다.

구체적으로, 이 연구 프로젝트는 뇌졸중 재활 분야에서 다음과 같은 격차를 다룰 것입니다.

1. 단일 모달 BCI - 현재 시스템은 최소 2.5초의 EEG 데이터를 사용하여 운동 의도를 감지하는 단일 모달 비침습 EEG 기반 BCI를 사용합니다. 따라서 보다 반응적이고 효과적인 BCI 기반 로봇 재활 시스템을 생성하기 위해 근적외선 분광법과 EEG를 시너지하는 것과 같은 고급 다중 모드 BCI에 대한 연구가 제안됩니다.
2. 표준 요법 - 현재 시스템은 모든 뇌졸중 환자에게 표준 요법을 사용합니다. 그러나 물리치료사와 작업치료사는 일반적으로 각 뇌졸중 환자에게 보다 개별화된 치료법을 채택합니다. 따라서 뇌졸중 환자의 학습률과 신경학적 손상에 따른 개별화된 치료법에 대한 연구가 제안된다.
3. 생리적 재활만 - 현재 시스템은 뇌졸중 환자의 운동 기능에 대한 생리적 재활만 수행합니다. 현재 Beck 우울증 인벤토리, CES-D, Zung 척도, 상태 특성, HADS 등과 같은 뇌졸중 후 우울증에 대한 일부 검증된 척도는 언어 또는 인지 능력 장애로 인해 평가에 참여할 수 없는 뇌졸중 환자에게 시행하기 어렵습니다. 따라서 뇌졸중 환자의 정신 상태를 감지하는 고급 BCI 기반 재활 시스템이 생리적 및 심리적 재활을 모두 포함하도록 제안됩니다.
4. 상지 재활 - 임상적으로 입증된 MIT Manus 로봇 재활 시스템을 사용하는 현재 시스템은 전체 도달 패턴의 뇌졸중 환자에게만 상지 재활을 수행합니다. 반대로 인간의 손 기술은 BCI 기반 로봇 재활에 의해 개입될 수 있는 보다 복잡한 조작 동작 패턴으로 구성됩니다. 따라서 상지 전체의 재활을 커버하기 위해 손 기능을 커버하는 고급 BCI 기반 재활 시스템을 제안합니다.