Ментальные образы нейробиоуправления в реабилитации после инсульта

Это исследование будет проводиться как пилотное, чтобы оптимизировать и установить параметры для последующего исследования, в котором будет участвовать больше пациентов с инсультом. Пациенты, перенесшие инсульт, будут обучены мысленно представлять, как открывается и закрывается рука (далее именуемая ИМ, моторное воображение). Во время обучения пациенты будут получать визуальную обратную связь в режиме реального времени, отражающую нейронную активность, связанную с двигательными процессами. Нейрообратная связь (NF) будет проецироваться с минимальной временной задержкой, чтобы максимизировать нейронное обучение. Считается, что этот тип тренировки мозга с обратной связью имеет большое значение для стимуляции способности мозга к реорганизации и компенсации поврежденной области.

Каждый участник пройдет следующую процедуру сбора данных (всего 27-28 сеансов измерения на RP):

• Клинические исходные оценки, 1 раз/нед. в течение 3 нед.
• 1 МРТ в течение одной недели
• 2-3 калибровочные записи ЭЭГ в течение одной недели
• Обучение ИМ-нейроуправлению [3 раза в неделю] + оценка клинического вмешательства [1 раз в неделю] в течение 4 недель
• 1 МРТ + 1 запись калибровочной ЭЭГ в течение одной недели
• Оценки клинических вмешательств, 1 раз/нед. в течение 3 нед.

Магнитно-резонансная томография (МРТ). МРТ-обследование будет проводиться на сканере Siemens MAGNETOM Prisma 3T (головная катушка с 20 каналами) на исходном уровне и на заключительном сеансе оценки в Центре визуализации мозга Стокгольмского университета. Протокол МРТ включает i) анатомические Т1- и Т2-взвешенные последовательности спин-эхо всего мозга для описания размера и местоположения поражения; ii) получение Т2*-взвешенных градиентных эхо-изображений EPI-BOLD всего мозга для оценки функциональной связи в состоянии покоя сенсомоторные сети (функциональная МРТ в состоянии покоя (fMRI)), и iii) та же последовательность, что и предыдущая, с отдыхом, чередующимся парадигмой воображения движения, описанной ниже.

Парадигма двигательных образов (MI). Парадигма состоит в том, чтобы инструктировать RP с помощью зеркального экрана компьютера либо i) дать отдых своему разуму с открытыми глазами, ii) мысленно представить движение руки (MI), либо ii) выполнить движение руки. Инструктируемые движения рук заключаются в том, чтобы либо закрыть кисть, либо разжать кисть и разогнуть пальцы. RP выполнит несколько повторений каждого движения руки (MI и исполнение) для сбора статистической основы.

Калибровочная запись ЭЭГ. Калибровка записей ЭЭГ будет проводиться 2-3 раза в течение 1 недели до вмешательства и один раз после вмешательства, пока участник выполняет парадигму мысленных образов, описанную выше. RP будет сидеть перед экраном компьютера, а рейтинги будут регистрироваться нажатием кнопки. Во время этих сеансов будут собираться ЭЭГ, ЭОГ, ЭМГ и данные акселерометра, которые более подробно описаны ниже.

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ), электроокулограмма (ЭОГ), электромиограмма (ЭМГ) и акселерометрическое оборудование. Оборудование ЭЭГ состоит из 64-электродной системы регистрации ЭЭГ скальпа (Brain Products ActiCHamp). 64 электрода (активный Ag/AgCl) будут распределены в соответствии с расширенной системой эталонного размещения 10-20. В дополнение к записи ЭЭГ 3 электрода (пассивные Ag/AgCl, Brain Products) будут размещены с каждой стороны обоих глаз и на мочке уха для измерения движений глаз во время эксперимента (ЭОГ). Электроды ЭМГ (пассивные Ag/AgCl, Brain Products) будут размещены над четырьмя мышцами, контролирующими запястье и пальцы, в соответствии со стандартизированным протоколом. Два акселерометра-датчика (Brain Products) будут размещены на руке и указательном пальце, чтобы записывать активность, связанную с движением.

Анализ данных ЭЭГ, ЭОГ, ЭМГ и акселерометра. Записанные данные будут дополнительно проанализированы в автономном режиме, чтобы оценить характерные особенности данных, которые лучше всего описывают ИМ движений рук. Это будет выполняться в Matlab и Labview, сочетая пользовательские скрипты с уже разработанными наборами инструментов (такими как EEGLab, Chronux). Оцениваемые характеристики будут включать вызванную активность, частотно-временные спектры, фазу, коэффициенты корреляции, когерентность среди прочего. Когда функция, которая лучше всего описывает MI, будет определена, при извлечении информации будут оцениваться различные методы классификатора и распознавания образов. Интеллектуальные алгоритмы, машина опорных векторов (SVM), регуляризованная линейная регрессия, наивные байесовские классификаторы и другие будут оцениваться и сравниваться. Это широко используемые методы в области нейротехнологии, и предварительное сравнительное исследование с использованием нейронных данных из инвазивных записей показывает важность выбора хорошо адаптированного классификатора для извлечения информации.

Тренинг MI-нейрообратной связи (NFT). ЭЭГ, ЭОГ, ЭМГ и данные акселерометра будут собираться, как описано в разделе «ЭЭГ, ЭМГ и акселерометрическое оборудование». RP будет выполнять парадигму MI без выполнения движений рук. Обратная связь в режиме реального времени с записанной ЭЭГ-активностью будет предоставляться RP во время ИМ. Обратная связь состоит из виртуальной руки на экране компьютера, движения которой отражают мозговую активность РП, связанную с ИМ. Записанные данные будут дополнительно проанализированы в автономном режиме с помощью аналитических инструментов, описанных в предыдущем разделе.