Hjerneaktivitet under produksjon av bevegelse

Menneskelig frivillig bevegelse er assosiert med minst to forskjellige typer elektroencefalografiske (EEG) endringer i hodebunnen. Hendelsesrelaterte potensialer er langsomme, med DC-signaler som utvikler seg i den bifrontale regionen så tidlig som 1,5 sekunder før bevegelse. De oppdages ved å snitte flere hendelser i tidsdomenet og krever vanligvis minst 40-50 hendelser for å tillate deteksjon av signalet i støyen. Frekvensendringer er imidlertid mer robuste og kan sees pålitelig på individuelle spor. Frekvensendringene skjer i alfa-området (8-13 Hz) samt beta (13-30 Hz) og kan forekomme opptil 2 sekunder før bevegelse. Dette fører til forestillingen om at sanntidsanalyse av EEG kan tillate en å forutsi individuell bevegelse. Hvis dette kan gjøres pålitelig, kan det gi ytterligere innsikt om hvordan hjernen forbereder seg på bevegelse, samt potensielle terapeutiske alternativer som kontroll av kortikalt basert proteseapparat.

Vår første studie, heretter Fase 1, er en utforskende studie som bruker sanntids-EEG for å identifisere faktorene som gjør det mulig for en pålitelig å forutsi normal menneskelig frivillig bevegelse. Forsøkspersonene vil være normale frivillige, studert i EEG-laboratoriet i seksjonen for menneskelig motorkontroll. Forsøkspersonene vil bli bedt om å utføre en enkel motorisk oppgave som involverer en sekvens av fingerbevegelser mens de gjennomgår en rutinemessig EEG-registrering med overflateelektromyografi. EEG vil deretter bli behandlet ved hjelp av standardteknikker for å identifisere plasseringen og tidsforløpet til EEG-signaler som respons på bevegelse. Når dette har skjedd, vil forsøkspersonene returnere for en sanntidsstudie som vil bruke deres individuelt identifiserte faktorer for å forutsi deres bevegelse. Effektene av trening på nøyaktigheten av prediksjon vil også bli utforsket ved å planlegge flere sanntids prediksjonsøkter per emne i løpet av flere uker. Frekvensen for vellykket bevegelsesprediksjon vil være det primære resultatmålet.

Etter at vi er i stand til nøyaktig å forutsi bevegelsesintensjon med friske frivillige, dvs. at den falske positive frekvensen er under 20 % med den falske negative frekvensen under 50 %, vil vi studere om vi kan oppnå samme prediksjonsnøyaktighet med slagpasienter og pasienter med primær lateral sklerose (PLS) eller amyotrofisk lateral sklerose (ALS). Slagpasientene og ALS/PLS-pasientene vil utføre samme prosedyre som forsøkspersonene i fase 1-delen av studien.

Fase 2 av undersøkelsen vil strekke seg til en annen type bevegelse, å nå, og til en ekstra parameter, det romlige feltet til det tiltenkte målet for bevegelsen. I tillegg vil fase 2 også inkludere magnetoencefalografi (MEG) samt EEG-metoder for å klassifisere spatiotemporale trekk ved disse bevegelsesparametrene. Vellykket prediksjon av de tiltenkte målene for rekkevidde til enten ipsilaterale eller kontralaterale felt, før bevegelsen begynner, vil være hovedresultatmålet for fase 2 av studien.

I fase 3 av undersøkelsen vil friske frivillige utføre en enkel fingerbevegelsesoppgave som vil bli analysert med spesiell oppmerksomhet til tidspunktet for intensjonen om å bevege seg og hvordan intensjonen påvirker EEG-signalet. For å vurdere om spontane bevegelser uten forutgående instruksjon er assosiert med ulike fysiologiske markører fra typiske paradigmer med egen tempo, vil det bli utført en opptaksøkt etter at EEG-hetten er plassert uten å instruere forsøkspersonen.

Resultatene fra denne studien vil deretter bli brukt til å designe ytterligere protokoller som studerer frivillig bevegelse av mennesker og kliniske anvendelser etter behov.