Влияние воображения движений с помощью интерфейса мозг-компьютер на переобучение походке у пациентов с инсультом

В первом исследовании мы предлагаем 20 субъектов, которые перенесли свой первый в истории геморрагический или ишемический подкорковый инсульт с поражением нижних конечностей более чем за 9 месяцев до включения в исследование. Субъекты будут набраны из числа существующих пациентов в когорте врачей-исследователей и по направлениям от лечащих врачей. Во время первоначального визита для скрининга будет установлено, что субъект соответствует критериям участия, и сотрудники исследования получат информированное согласие. Субъекты будут подробно проинформированы об экспериментальной процедуре, рисках и преимуществах, а также об их обязанностях во время исследования.

После предоставления согласия субъекты пройдут сеанс юзабилити MI-BCI, они будут удобно сидеть перед экраном компьютера. На голову субъекта будет удобно надета шапочка ЭЭГ для записи следов ЭЭГ любых активированных областей коры. Затем испытуемых проинструктируют выполнить задание на мысленное воображение, в ходе которого они будут представлять, что правильно ходят больной ногой. Точность классификации правильных образов движения из состояния покоя по ЭЭГ будет записываться для каждого субъекта. Субъекты, получившие точность более 57,5%, считаются подходящими для участия в программе обучения MI-BCI. Субъекты, имеющие право на обучение MI-BCI, затем пройдут серию функциональных оценок, включая (1) функциональные клинические измерения (тест ходьбы на 10 метров и тест Up-to-Go), (2) анализ походки, (3) оценка активности коры головного мозга. с использованием ТМС и (4) МРТ и ДТИ. (5) Психологические тесты, включая шкалу депрессии Бека, шкалу тяжести утомления, цифровой тест диапазона. Перед началом обучения MI-BCI испытуемые пройдут еще один сеанс калибровки MI-BCI, который будет проводиться полностью так же, как и сеанс юзабилити BCI, чтобы собрать более ценные данные для анализа. После завершения всех 5 оценок и сеанса калибровки MI-BCI можно начинать тренировку MI-BCI с периодичностью 3 раза в неделю в течение 4 недель. Процедура обучения MI-BCI идентична процедуре практического использования BCI, за исключением того, что мультяшный персонаж на экране компьютера будет активирован, чтобы идти вперед, если испытуемые успешно воспроизведут точные мысленные образы. Субъекты, проходящие обучение MI-BCI, должны будут выполнить 160 испытаний MI в общей сложности с назначенными периодами отдыха (5 минут) каждые 40 испытаний. Каждое занятие длится около 45 минут, не считая времени на подготовку. Количество раз, когда испытуемые могут успешно выполнить задачу MI, и легкость, с которой они могут выполнить задачу, будут записаны. Отчетливые мозговые сигналы, такие как связанная с событием десинхронизация или синхронизация (ERD/ERS), обнаруживаются на ЭЭГ как для реальных, так и для воображаемых двигательных движений у здоровых людей. Используя эту технику, MI-BCI, который переводит воображение движений в онлайн-команды, обеспечивает многообещающую систему нейронной связи для пациентов, перенесших инсульт, которые страдают двигательными нарушениями. Ранее мы сотрудничали с I2R-A*STAR BCI для разработки специального программного обеспечения BCI для синхронизации с усилителем ЭЭГ. Мы продемонстрировали эффективность этого изготовленного по индивидуальному заказу устройства MI-BCI при инсульте верхних конечностей, поэтому используемая процедура и оборудование останутся идентичными, за исключением программного интерфейса, который показывает на экране мультяшного персонажа. Субъекты снова пройдут те же пять оценок в конце 4-недельного обучения MI-BCI и через 4-6 недель после последнего сеанса обучения MI-BCI, соответственно, включая (1) функциональные клинические показатели результатов (тест ходьбы на 10 метров). и тест Up-to-Go), (2) анализ походки, (3) оценка корковой активности с помощью ТМС и (4) МРТ и ДТИ. (5) Психологические тесты, включая шкалу депрессии Бека, шкалу тяжести утомления, цифровой тест диапазона.

Временный тест up-and-go является измерением мобильности. Он включает в себя ряд задач, таких как вставание из положения сидя, ходьба, повороты, остановка и приседание. Для теста испытуемого просят встать со стандартного стула и пройти примерно 3 метра, повернуться, вернуться к стулу и снова сесть. Тест ходьбы на 10 метров – это проверка скорости ходьбы. Предварительный тест на время и тест с ходьбой на 10 метров будут оцениваться сертифицированным физиотерапевтом или обученным исследовательским персоналом и займут около 30 минут, включая время на подготовку.

Анализ походки - это систематическое изучение передвижения. Это будет выполнено в NUH сертифицированным медицинским техником или обученным научным персоналом. Субъекты должны будут носить шорты, и весь процесс испытания может быть записан на видео для будущего анализа качества движений субъектов (лицо не будет захвачено, и согласие будет получено заранее). Маркеры можно носить в различных точках тела, таких как подвздошные ости таза, лодыжка и мыщелки колена. Датчики электромиографии (ЭМГ) можно носить в области четырехглавой мышцы бедра, подколенного сухожилия, икроножной и передней большеберцовой мышц на обеих ногах. Параметры походки, временные и пространственные показатели и кинематика суставов будут регистрироваться во время ходьбы испытуемого по дорожке с силовой платформой в соответствии с инструкциями медицинского техника или обученного научного персонала. Каждое занятие длится примерно 1 час, включая время на подготовку.

ТМС будет проводиться для изучения механизмов этой тренировки пластичности коры, определяемой изменениями возбудимости коры. Для исследования MEP мы сначала отрегулируем интенсивность TMS для достижения базового уровня MEP в передней большеберцовой мышце ноги примерно до амплитуды пика до пика 1 мВ перед вмешательством. Интенсивность стимуляции будет поддерживаться постоянной для каждого субъекта на протяжении всего исследования. MEP будут записаны на компьютер для автономного анализа. Мы будем записывать 10 MEP каждый раз и усреднять их амплитуду от пика к пику. Для парной импульсной стимуляции будет применяться первый подпороговый кондиционирующий стимул, за которым следует второй надпороговый стимул с переменным межстимульным интервалом (ISI). Мы будем использовать следующие ISI — 2, 3, 4, 6, 9, 10, 12, 15 мс. Процент изменения для каждого ISI до и после лечения будет рассчитываться на основе MEP, и поэтому важно измерять изменения внутрикортикального облегчения и торможения. Каждое занятие длится примерно 1 час, включая время на подготовку.

Сканирование МРТ/ДТИ будет выполнено в CIRC, NUS. Перед сканированием все пациенты будут проинформированы о процедуре исследования и аспектах безопасности. Врач с медицинским образованием будет находиться в режиме ожидания на протяжении всей процедуры. Все участники будут просканированы на сканере 3-T GE с использованием стандартной радиочастотной катушки для головы. Движение головы было сведено к минимуму благодаря набивке из пеноматериала и ремням, удерживающим лоб. Будет получено Т1-взвешенное сканирование с высоким разрешением и набор аксиальных изображений восстановления инверсии, ослабленных жидкостью. Т1-взвешенные и затухающие в жидкости изображения восстановления инверсии будут повторно выровнены и пространственно нормализованы в изображения изотропного размера вокселя, реализованные в Matlab. Каждое занятие длится примерно 1 час, включая время на подготовку.

Исследовательский персонал проведет опросник депрессии Бека (BDI), шкалу тяжести усталости (FSS), прямой и обратный диапазон цифр для контроля мешающего эффекта когнитивного улучшения в этом исследовании.