Wpływ obrazowania motorycznego wspomaganego interfejsem mózg-komputer na przekwalifikowanie chodu u pacjentów z udarem mózgu

W pierwszym badaniu proponujemy 20 pacjentów, którzy przeżyli pierwszy udar krwotoczny lub niedokrwienny podkorowy z upośledzeniem kończyn dolnych ponad 9 miesięcy przed włączeniem do badania. Pacjenci będą rekrutowani spośród istniejących pacjentów w kohorcie pacjentów lekarza prowadzącego badanie oraz ze skierowań od lekarzy prowadzących. Podczas wstępnej wizyty przesiewowej zostanie ustalone, że pacjent spełnia kryteria uczestnictwa, a personel badawczy uzyska świadomą zgodę. Osoby badane zostaną w pełni i szczegółowo poinformowane o procedurze eksperymentalnej, związanych z nią zagrożeniach i korzyściach oraz o swoich obowiązkach podczas badania.

Po wyrażeniu zgody badani przejdą sesję użyteczności MI-BCI, usiądą wygodnie przed ekranem komputera. Czapka EEG będzie wygodnie noszona na głowie pacjenta, aby rejestrować ślady EEG wszelkich aktywowanych obszarów korowych. Badani zostaną następnie poinstruowani, aby wykonali mentalne zadanie wyobrażeniowe, w którym wyobrazą sobie, jak prawidłowo chodzą z dotkniętą chorobą nogą. Dokładność w klasyfikacji prawidłowych obrazów motorycznych ze stanu bezczynności z EEG zostanie zarejestrowana dla każdego pacjenta. Osoby, które uzyskały dokładność większą niż 57,5%, kwalifikują się do programu szkoleniowego MI-BCI. Osoby kwalifikujące się do treningu MI-BCI zostaną następnie poddane serii ocen funkcjonalnych, w tym (1) funkcjonalnym pomiarom klinicznym (test marszu na 10 metrów i test Up-to-Go), (2) analizie chodu, (3) ocenie aktywności korowej za pomocą TMS oraz (4) skan MRI i DTI. (5) Testy psychologiczne, w tym Inwentarz Depresji Becka, skala nasilenia zmęczenia, cyfrowy test rozpiętości. Przed rozpoczęciem treningu MI-BCI badani przejdą jeszcze jedną sesję kalibracji MI-BCI, która zostanie przeprowadzona całkowicie tak samo jak sesja użyteczności BCI, aby zebrać więcej cennych danych do analizy. Po wykonaniu wszystkich 5 ocen i sesji kalibracji MI-BCI można rozpocząć szkolenie MI-BCI z częstotliwością 3 razy w tygodniu przez 4 tygodnie. Procedura treningu MI-BCI jest identyczna jak w sesji użyteczności BCI, z wyjątkiem tego, że postać z kreskówki na ekranie komputera zostanie aktywowana, aby iść do przodu, jeśli badani z powodzeniem wykonają dokładne wyobrażenie mentalne. Osoby przechodzące szkolenie MI-BCI będą zobowiązane do wykonania 160 prób MI łącznie z przypisanymi przerwami na odpoczynek (5 minut) co 40 prób. Każda sesja będzie trwała około 45 minut, nie licząc czasu przygotowania. Rejestrowana będzie liczba przypadków, w których badani mogą pomyślnie wykonać zadanie MI oraz łatwość, z jaką są w stanie wykonać to zadanie. Wyraźne sygnały mózgowe, takie jak desynchronizacja lub synchronizacja związana ze zdarzeniami (ERD/ERS), są wykrywalne w EEG zarówno dla rzeczywistych, jak i wyimaginowanych ruchów motorycznych u zdrowych osób. Wykorzystując tę ​​technikę MI-BCI, która tłumaczy wyobrażone ruchy na polecenia online, zapewnia obiecujący system komunikacji neuronowej dla pacjentów po udarze, którzy cierpią z powodu niepełnosprawności ruchowej. Wcześniej współpracowaliśmy z I2R-A*STAR BCI w celu zaprojektowania niestandardowego oprogramowania BCI do synchronizacji ze wzmacniaczem EEG. Wykazaliśmy skuteczność tego specjalnie skonstruowanego urządzenia MI-BCI w przypadku upośledzenia udaru kończyny górnej, dlatego procedura i używany sprzęt będą identyczne, z wyjątkiem interfejsu oprogramowania, który pokazuje postać z kreskówki na ekranie. Uczestnicy zostaną ponownie poddani tym samym pięciu ocenom odpowiednio na koniec 4-tygodniowego treningu MI-BCI i 4-6 tygodni po ostatniej sesji treningu MI-BCI, w tym (1) funkcjonalne pomiary wyniku klinicznego (test marszu na 10 metrów i Up-to-Go), (2) analiza chodu, (3) ocena aktywności korowej za pomocą TMS oraz (4) MRI i DTI. (5) Testy psychologiczne, w tym Inwentarz Depresji Becka, skala nasilenia zmęczenia, cyfrowy test rozpiętości.

Czasowy test up-and-go jest miarą mobilności. Obejmuje szereg zadań, takich jak wstawanie z pozycji siedzącej, chodzenie, obracanie się, zatrzymywanie i siadanie. W celu przeprowadzenia testu osoba jest proszona o wstanie ze standardowego krzesła i przejście odległości około 3 metrów, odwrócenie się, powrót do krzesła i ponowne siadanie. Test marszu na 10 metrów to test szybkości chodu. Czasowy test up-to-go i 10-metrowy test marszu zostaną ocenione przez certyfikowanego fizjoterapeutę lub przeszkolony personel badawczy i zajmą około 30 minut, wliczając czas przygotowania.

Analiza chodu to systematyczne badanie lokomocji. Zostanie on wykonany w NUH przez certyfikowanego technika medycznego lub przeszkolony personel badawczy. Badani będą musieli nosić szorty, a cały proces badania może być nagrywany na wideo w celu przyszłej analizy jakości ruchu badanych (twarz nie zostanie uchwycona, a zgoda zostanie uzyskana z wyprzedzeniem). Markery mogą być noszone w różnych punktach ciała, takich jak kolce biodrowe miednicy, kostka stawu skokowego i kłykcie kolana. Czujniki elektromiograficzne (EMG) można nosić w okolicy mięśnia czworogłowego uda, ścięgna podkolanowego, mięśnia brzuchatego łydki i mięśnia piszczelowego przedniego obu nóg. Parametry chodu miar czasowych i przestrzennych oraz kinematyka stawów będą rejestrowane podczas chodzenia po chodniku z platformą siłową, zgodnie z instrukcjami technika medycznego lub przeszkolonego personelu badawczego. Każda sesja będzie trwała około 1 godziny, wliczając czas przygotowania.

TMS zostanie przeprowadzony w celu zbadania mechanizmów tego treningu plastyczności korowej indeksowanej przez zmiany pobudliwości korowej. W badaniu MEP początkowo dostosujemy intensywność TMS, aby osiągnąć wyjściową wartość MEP w mięśniu piszczelowym przednim nogi do około 1 mV międzyszczytowej amplitudy przed interwencją. Intensywność stymulacji będzie utrzymywana na stałym poziomie dla każdego pacjenta przez cały okres badania. Posłowie do PE zostaną zarejestrowani w komputerze do analizy off-line. Za każdym razem zarejestrujemy 10 MEP i uśrednimy ich amplitudę między szczytami. W przypadku sparowanej stymulacji impulsowej zastosowany zostanie pierwszy podprogowy bodziec kondycjonujący, po którym nastąpi drugi bodziec nadprogowy ze zmiennym odstępem między bodźcami (ISI). Użyjemy następujących ISI - 2, 3, 4, 6, 9, 10, 12, 15 ms. Procent zmiany dla każdego ISI przed i po leczeniu zostanie obliczony na podstawie MEP i dlatego będzie ważny do pomiaru zmian w śródkorowym torowaniu i hamowaniu. Każda sesja będzie trwała około 1 godziny, wliczając czas przygotowania.

Skan MRI/DTI zostanie wykonany w CIRC, NUS. Przed badaniem wszyscy pacjenci zostaną poinformowani o procedurze badania i aspektach bezpieczeństwa. Lekarz z przeszkoleniem medycznym będzie w gotowości przez cały czas trwania zabiegu. Wszyscy uczestnicy zostaną przeskanowani na skanerze 3-T GE przy użyciu standardowej cewki do badania głowy o częstotliwości radiowej. Ruchy głowy zostały zminimalizowane dzięki wyściółce z pianki i paskom przytrzymującym czoło. Uzyskany zostanie skan w wysokiej rozdzielczości T1-zależny i zestaw osiowych obrazów odzyskiwania inwersji osłabionych płynem. T1-ważone i osłabione płynem obrazy odzyskiwania inwersji zostaną wyrównane i znormalizowane przestrzennie do obrazów o izotropowym rozmiarze woksela zaimplementowanych w Matlabie. Każda sesja będzie trwała około 1 godziny, wliczając czas przygotowania.

Personel badawczy będzie zarządzał Inwentarzem Depresji Becka (BDI), Skalą Nasilenia Zmęczenia (FSS), rozpiętością cyfr do przodu i do tyłu w celu kontrolowania zakłócającego efektu poprawy funkcji poznawczych w tym badaniu.