Poruszanie sparaliżowaną ręką za pomocą interfejsu mózg-komputer

Celem niniejszej pracy będzie uzyskanie informacji na temat metod kontroli protezy ramienia u pacjentów po udarze lub urazie mózgu za pomocą techniki zwanej „interfejsem mózg-komputer” (BCI). BCI pozwala na bezpośrednią komunikację między człowiekiem a maszyną. Komórki mózgowe komunikują się, wytwarzając impulsy elektryczne, które pomagają tworzyć takie rzeczy, jak myśli, pamięć, świadomość i emocje. W BCI fale mózgowe są rejestrowane przez elektroencefalogram (EEG) za pomocą elektrod (małych drutów) przymocowanych do skóry głowy. Elektrody mierzą sygnały elektryczne mózgu. Sygnały te są wysyłane do komputera, który przetwarza je na polecenia sterujące urządzeniem jako komunikaty odzwierciedlające intencje danej osoby. Ten rodzaj aktywności mózgu pochodzi z czuciowo-ruchowych obszarów mózgu i może być kontrolowany poprzez dobrowolne szkolenie w zakresie kontrolowania protezy ręki poprzez BCI.

Do tego badania mogą kwalifikować się zdrowi, normalni ochotnicy i osoby, które przeszły udar lub uraz mózgu ponad 12 miesięcy temu i mają porażenie prawej lub lewej ręki, ręki lub nogi oraz które są w wieku od 18 do 80 lat. Kandydaci są poddawani badaniu przesiewowemu za pomocą badania klinicznego i neurologicznego oraz rezonansu magnetycznego (MRI) mózgu. MRI wykorzystuje pole magnetyczne i fale radiowe do uzyskania obrazów mózgu. Skaner to metalowy cylinder otoczony silnym polem magnetycznym. Podczas zabiegu osoba badana leży w skanerze przez około 45 minut, mając na sobie zatyczki do uszu, aby stłumić głośne odgłosy pukania, które pojawiają się podczas skanowania.

Uczestnicy przechodzą następujące procedury:

• Sesje 1-2: Uczestnicy są podłączeni do aparatu EEG i zapoznani z ortezą ręki (urządzenie treningowe używane w badaniu) oraz zadaniami wymaganymi do badania.
• Sesje 3-4: Uczestnicy otrzymują wyjściową przezczaszkową stymulację magnetyczną (TMS) i fMRI. W przypadku TMS cewka z drutu jest trzymana na skórze głowy. Przez cewkę przepływa krótki prąd elektryczny, tworząc impuls magnetyczny, który stymuluje mózg. Pacjent może odczuwać uczucie ciągnięcia na skórze pod cewką i mogą wystąpić skurcze mięśni twarzy, ramienia lub nogi. Osoba badana może zostać poproszona o lekkie naprężenie niektórych mięśni lub wykonanie innych prostych czynności. Wpływ TMS na mięśnie jest wykrywany za pomocą małych metalowych elektrod dyskowych przyklejonych do skóry ramion. fMRI jest jak standardowy MRI (patrz wyżej), z wyjątkiem tego, że jest wykonywany, gdy pacjent wykonuje zadania, aby dowiedzieć się o aktywności mózgu zaangażowanej w te zadania.
• Sesje 5-8: Uczestnicy proszeni są o powtarzalne poruszanie ręką (ręka sparaliżowana pacjentów; normalna ręka zdrowych ochotników), językiem i nogą w odpowiedzi na trzy tony dźwiękowe. Po dziesięciu próbach proszeni są o wyobrażenie sobie tych samych ruchów od 50 do 100 razy, podczas gdy urządzenie EEG rejestruje aktywność mózgu.
• Sesje 9-14: Uczestnicy są szkoleni w kontrolowaniu ortezy ręki. Ręka badanego jest przymocowana do ortezy i poproszona o wyobrażenie sobie, że wykonuje ruchy palca lub ręki. Trwa to do momentu osiągnięcia 80-90% skuteczności w wykonywaniu ruchu ręką.
• Sesje 15-16: Uczestnicy powtarzają TMS i fMRI dla porównania przed i po treningu z ortezą ręki.
• Sesje 17-28: Uczestnicy przechodzą dodatkowy trening z ortezą ręki (jak w sesjach 5-8), skupiając się tylko na dłoni, a nie na innych częściach ciała.
• Sesje 29-30: Uczestnicy przechodzą powtórne TMS i fMRI w celu porównania z efektem po dodatkowym treningu z ortezą ręki.
• Sesje 31-32: Opcjonalne sesje makijażu, jeśli są potrzebne z powodu problemów z harmonogramem.

Uczestnicy są oceniani w klinice po 3 miesiącach, aby sprawdzić, czy odnieśli korzyści z badania.