Effekten av hjerne-datamaskin-baserte motoriske bilder for gangtrening hos pasienter med hjerneslag

I den første studien foreslår vi 20 forsøkspersoner som har pådratt seg sitt første hemorragiske eller iskemiske subkortikale slag noensinne med nedsatt ekstremitet mer enn 9 måneder før studieregistrering. Forsøkspersoner vil bli rekruttert fra eksisterende pasienter på studielegens kohort av pasienter og fra henvisninger fra behandlende leger. Under det første screeningbesøket vil det bli konstatert at forsøkspersonen oppfyller kriteriene for deltakelse, og informert samtykke vil bli innhentet av studiepersonell. Forsøkspersonene vil bli fullstendig informert i detalj om den eksperimentelle prosedyren, risiko og fordeler involvert og deres ansvar under studien.

Når samtykke er gitt, vil forsøkspersonene gjennomgå en MI-BCI brukervennlighetsøkt, de vil sitte komfortabelt foran en dataskjerm. En EEG-hette kan bæres komfortabelt over hodet på personen for å registrere EEG-spor av alle aktiverte kortikale områder. Forsøkspersonene vil deretter bli instruert til å utføre en mental billedoppgave der de vil forestille seg at de går riktig med det berørte beinet. Nøyaktighetene for å klassifisere korrekte motoriske bilder fra tomgangstilstand fra EEG vil bli registrert for hvert motiv. Emner som oppnår en nøyaktighet på mer enn 57,5% anses som kvalifisert for MI-BCI-treningsprogrammet. Emner som er kvalifisert for MI-BCI-treningen vil deretter gjennomgå en rekke funksjonsvurderinger, inkludert (1) funksjonelle kliniske mål (10 meter gangtest og Up-to-Go test), (2) ganganalyse, (3) vurdering av kortikal aktivitet ved hjelp av TMS, og (4) MR- og DTI-skanning. (5) Psykologiske tester inkludert Beck Depression Inventory, tretthetsskala, digital span-test. Før starten av MI-BCI-trening vil forsøkspersonene gjennomgå en MI-BCI-økt til med kalibrering, som vil bli utført helt på samme måte som BCI-brukerbarhetsøkten for å samle mer verdifulle data for analyse. Etter å ha fullført alle 5 vurderingene og MI-BCI-kalibreringsøkten, kan MI-BCI-treningen startes med en frekvens på 3 ganger i uken som varer i 4 uker. Prosedyren for MI-BCI-trening er identisk med den i BCI-brukerbarhetsøkten, bortsett fra at en tegneseriefigur på dataskjermen vil aktiveres for å gå fremover hvis forsøkspersonene lykkes med å utføre et nøyaktig mentalt bilde. Emner som gjennomgår MI-BCI-trening vil bli pålagt å utføre 160 forsøk med MI til sammen med tildelte hvileperioder (5 minutter) hver 40. forsøk. Hver økt vil vare i ca. 45 minutter eksklusiv oppsetttid. Antall ganger forsøkspersoner kan utføre MI-oppgaven med hell, og hvor lett de er i stand til å utføre oppgaven, vil bli registrert. Distinkte hjernesignaler som hendelsesrelatert desynkronisering eller synkronisering (ERD/ERS) kan påvises på EEG for både ekte og innbilte motoriske bevegelser hos friske personer. Ved å bruke denne teknikken gir MI-BCI, som oversetter fantasien til bevegelser til online-kommandoer, et lovende nevralt kommunikasjonssystem for slagpasienter som lider av motoriske funksjonshemminger. Vi har tidligere samarbeidet med I2R-A*STAR BCI for å designe en spesialbygd BCI-programvare for å synkronisere med en EEG-forsterker. Vi har demonstrert effektiviteten til denne spesialbygde MI-BCI-enheten på svekkelser av slag i øvre lemmer, derfor vil prosedyren og utstyret som brukes, beholdes identisk bortsett fra programvaregrensesnittet, som viser en tegneseriefigur på skjermen. Forsøkspersonene vil gjennomgå de samme fem vurderingene igjen ved slutten av 4-ukers MI-BCI-trening og henholdsvis 4-6 uker etter siste økt med MI-BCI-trening, inkludert (1) funksjonelle kliniske resultatmål (10 meter gangtest og Up-to-Go test), (2) ganganalyse, (3) kortikal aktivitetsvurdering ved bruk av TMS, og (4) MR og DTI. (5) Psykologiske tester inkludert Beck Depression Inventory, tretthetsskala, digital span-test.

Den tidsbestemte opp-og-gå-testen er en måling av mobilitet. Det inkluderer en rekke oppgaver som å stå fra en sittestilling, gå, snu, stoppe og sette seg ned. For testen blir personen bedt om å reise seg fra en vanlig stol og gå en avstand på ca. 3 meter, snu seg og gå tilbake til stolen og sette seg ned igjen. 10 meter gangtest er en test av ganghastighet. Tidsbestemt test og 10 meter gangtest vil bli vurdert av sertifisert fysioterapeut eller utdannet forskningspersonell, og vil ta omtrent 30 minutter inkludert oppsettstid.

Ganganalyse er den systematiske studien av bevegelse. Det vil bli utført i NUH, av en sertifisert medisinsk tekniker eller et utdannet forskningspersonell. Forsøkspersoner vil bli pålagt å bruke shorts, og hele prøveprosessen kan bli tatt opp på video for fremtidig analyse av kvaliteten på forsøkspersonens bevegelser (ansikt vil ikke bli fanget og samtykke vil bli innhentet på forhånd). Markører kan bæres på ulike referansepunkter på kroppen, for eksempel iliaca-ryggraden i bekkenet, ankel-malleolus og kondylene i kneet. Elektromyografi (EMG)-sensorer kan brukes i området av quadriceps femoris, hamstring, gastrocnemius og tibialis anterior muskler for begge bena. Gangparametere for temporale og romlige mål og leddkinematikk vil bli registrert mens forsøkspersonen går langs gangveien med en kraftplattform, i henhold til instruksjonene fra den medisinske teknikeren eller det trente forskningspersonalet. Hver økt vil vare ca. 1 time inkludert oppsetttid.

TMS vil bli utført for å undersøke mekanismene til denne treningen på kortikal plastisitet som indeksert av kortikale eksitabilitetsendringer. For MEP-studien vil vi innledningsvis justere TMS-intensiteten for å oppnå en baseline MEP i tibialis anterior muskel av benet til omtrent 1 mV topp-til-topp amplitude før intervensjon. Stimuleringsintensiteten vil holdes konstant for hvert emne gjennom hele studiet. MEP-ene vil bli registrert på en datamaskin for off-line analyse. Vi vil spille inn 10 MEP-er for hver gang og snitte deres topp-til-topp amplitude. For den parede pulsstimuleringen vil en første subterskel-kondisjoneringsstimulus bli brukt, fulgt ved et variabelt interstimulusintervall (ISI), av en andre suprathreshold-stimulus. Vi vil bruke følgende ISI-er - 2, 3, 4, 6, 9, 10, 12, 15 ms. Prosentandelen av endring for hver ISI før og etter behandling vil bli beregnet fra MEPs og vil derfor viktig å måle endringer i intrakortikal tilrettelegging og hemming. Hver økt vil vare ca. 1 time inkludert oppsetttid.

MR/DTI-skanning vil bli utført ved CIRC, NUS. Før skanningen vil alle pasienter bli orientert om testprosedyren og sikkerhetsaspekter. En medisinsk utdannet lege vil være i beredskap under hele prosedyren. Alle deltakere vil bli skannet på en 3-T GE-skanner med en standard radiofrekvenshodespole. Hodebevegelse ble minimert med skumpolstring og pannebegrensende stropper. En T1-vektet høyoppløselig skanning og et sett med aksial væskedempede inversjonsgjenopprettingsbilder vil bli innhentet. T1-vektede og væskedempede inversjonsgjenopprettingsbilder vil bli omjustert og romlig normalisert til bilder med isotrop voxel-størrelse implementert i Matlab. Hver økt vil vare ca. 1 time inkludert oppsetttid.

En forskningsstab vil administrere Beck Depression Inventory (BDI), Fatigue Severity Scale (FSS), forover og bakover sifferspenn for å kontrollere for forvirrende effekt av kognitiv forbedring i denne studien.