Эта страница была переведена автоматически, точность перевода не гарантируется. Пожалуйста, обратитесь к английской версии для исходного текста.

Дофамин и мозговой компьютерный интерфейс (BCI_LDOPA)

Влияние дофаминергической модуляции на эффективность компьютерного интерфейса мозга

Использование системы интерфейса мозг-компьютер (система BCI) позволяет обнаруживать нейрофизиологические сигналы на поверхности головы и обеспечивает обратную связь с субъектами или пациентами. У пациентов с неврологическими расстройствами и тяжелыми двигательными нарушениями самогенерируемые сигналы мозга могут быть преобразованы, например, в движение парализованной конечности с помощью ортеза. Другая возможность — преобразовать сигнал мозга в периферическую электростимуляцию (функциональную электрическую стимуляцию, ФЭС), которая вызывает сокращение мышц и, следовательно, движение.

По сути, технология BCI может использоваться в качестве заместительной терапии, когда не ожидается восстановления двигательной функции. Другое важное применение заключается в улучшении двигательной подготовки, переобучения и инициации движений. В последнем случае есть надежда, что тренировка BCI будет стимулировать нейропластические механизмы, которые приведут к функциональному улучшению.

Проблемы на пути перевода к клиническому применению:

  • Высокая межиндивидуальная вариабельность между разными людьми в отношении обучения управлению системой BCI;
  • Степень обучения и улучшения моторики часто ограничена. По этой причине цель настоящего исследования - выяснить, влияет ли дофаминергическое влияние на мозг на эффективность использования системы BCI у здоровых людей.

Обзор исследования

Статус

Завершенный

Подробное описание

Цели настоящего исследовательского проекта — оценить влияние дофаминергической модуляции на работу BCI у здоровых пожилых людей, чтобы понять основные нейрофизиологические механизмы. Перспектива заключается в применении этого подхода для улучшения двигательного восстановления после инсульта.

Инсульт является одной из наиболее частых причин нарушения двигательных функций, и ожидается, что его распространенность будет расти из-за старения населения. У выживших после инсульта часто наблюдается некоторый уровень спонтанного восстановления двигательных функций во время острой стадии и достижение функционального плато, после которого восстановление обычно происходит медленно или стагнирует. Интересно, что появляются новые данные, указывающие на то, что терапия, основанная на интерфейсе мозг-компьютер (BCI), может вызвать выздоровление за пределами этого плато.

Фармакологическая МРТ (фМРТ) — это новый и многообещающий метод изучения влияния веществ на функцию мозга, который в конечном итоге может быть использован для разгадки нейробиологических механизмов, лежащих в основе действия лекарств. Как и большинство методов визуализации, он представляет собой прогресс в исследовании заболеваний головного мозга и связанных с ними функций нейротрансмиттерных путей неинвазивным способом с учетом общей связи нейронов.

Более того, он представляет собой идеальный инструмент для применения в клинических исследованиях. МРТ, хотя и все еще отстает в стратегиях молекулярной визуализации по сравнению с ПЭТ и ОФЭКТ, имеет то преимущество, что имеет высокое пространственное разрешение и не требует инъекции контрастного вещества или молекул с радиоактивной меткой, что позволяет избежать повторяющегося воздействия ионизирующего излучения. Функциональная МРТ (фМРТ) широко используется в исследованиях и клинических условиях, где она обычно сочетается с психомоторной задачей. ФМРТ — это адаптация фМРТ, позволяющая исследовать конкретную нейромедиаторную систему, такую ​​как дофамин, в физиологических или патологических состояниях после активации посредством введения конкретного стимулирующего препарата.

Важность нейромедиатора дофамина (ДА) для двигательных процессов известна давно. Известно, что у пациентов, страдающих болезнью Паркинсона, дефицит дофамина в базальных ганглиях вызывает сильный дефицит двигательной активности.

Недавние исследования показывают, что ДА стимулирует нейрональные структуры, которые, в свою очередь, влияют на обширные области мозга и, таким образом, способствуют различным процессам поведенческого контроля: как моторным процессам контроля движений, так и когнитивным процессам в контексте перцептивной категоризации, вознаграждения, мотивации и исполнительного контроля. . По этой причине DA также называют «обучающим сигналом».

Появляются доказательства того, что ДА может быть эффективен и для формирования новых стратегий реабилитации после инсульта. Чтобы стратегия реабилитации была эффективной, она должна привести к формированию новых двигательных воспоминаний, которые анатомически опосредованы сетями, соединяющими дорсолатеральную префронтальную кору, первичную моторную кору, полосатое тело и мозжечок. Новые двигательные воспоминания формируются и сокращаются с помощью процессов синаптической пластичности, таких как LTP и LTD, которые требуют дофаминергической передачи сигналов между компактной частью черной субстанции и шиповидными нейронами полосатого тела в скорлупе. Внутри двигательных петель базальных ганглиев дофаминергическое связывание с D1R облегчает желаемые движения, тогда как связывание с D2R ингибирует нежелательные движения.

В дополнение к своей роли в моторном движении в базальных ганглиях дофаминергическая система также усиливает зрительно-моторную интеграцию, которая представляет собой координацию информации, связанной с восприятием и действиями. На уровне рецепторов D1R имеют решающее значение для правильной зрительно-моторной интеграции. Эта система важна для связи визуализированной информации об окружающей среде с положением тела, что позволяет оптимально планировать и корректировать движения. Таким образом, усиление координации двигательного движения и зрительно-моторной интеграции посредством дофаминергической терапии может улучшить восстановление после инсульта.

Было показано, что препараты, повышающие доступность нейротрансмиттеров центральной нервной системы (дофамин, норадреналин, серотонин и ацетилхолин), оказывают способствующее влияние на нейропластичность. Имея это в виду, исследователи изучили влияние амфетаминов, селективных ингибиторов обратного захвата серотонина, донепезила, психостимуляторов, таких как метилфенидат, и дофаминергических агентов на восстановление моторики после инсульта. Было показано, что из вышеупомянутых препаратов только леводопа усиливает индукцию LTP-подобной пластичности, пластичности, зависящей от практики, и двигательного восстановления после инсульта у людей. Кроме того, леводопа имеет безопасный профиль побочных эффектов и не является контролируемым веществом.

Наиболее частым побочным эффектом леводопы является дискинезия, за которой следует тошнота, затем галлюцинации и головокружение. Кроме того, существует некоторый риск дискинезии, вызванной леводопой, у пациентов с болезнью Паркинсона. Однако эти серьезные побочные эффекты обычно возникают после длительного (т. е. многолетнего) приема препарата. Кроме того, риск у пациентов с другими заболеваниями, такими как инсульт, оценивается намного ниже. Фактически, леводопа использовалась в многочисленных исследованиях, направленных на восстановление моторики у людей, переживших инсульт, без каких-либо сообщений о дискинезии или других незначительных или серьезных побочных эффектах. «В литературе» делается вывод, что лечение леводопой выживших после инсульта вряд ли вызовет индуцированную леводопой дискинезию, если только нет сопутствующего повреждения базальных ганглиев или болезни Паркинсона.

В основе функционирования BCI лежит перевод нейронной активности, непосредственно записанной от субъекта, в обратную связь в реальном времени с целью тренировки последовательных паттернов активации мозга, связанных с конкретными психическими состояниями. Нейральную активность можно обнаружить с помощью инвазивных (ЭКоГ/иЭЭГ) или неинвазивных (ЭЭГ, МЭГ, фМРТ в реальном времени или NIRS) методов. В большинстве исследований используются неинвазивные ИМК на основе ЭЭГ, поскольку они относительно просты и быстры в использовании и имеют хорошие временные и пространственные характеристики, поэтому их можно безопасно и эффективно использовать для достижения функциональных улучшений у людей, переживших инсульт, со стойкими двигательными нарушениями. повысить эффективность одновременной или связанной терапии даже после того, как люди достигают функционального плато, используя традиционные методы лечения.

В настоящее время большинство ИМК, направленных на восстановление двигательной функции, основаны на воображении движений (ИМ). Такие системы не полагаются на реальные движения, а скорее используют мысленный процесс воображения движения. Основная причина заключается в том, что ИМ приводит к активации тех же областей мозга, что и при реальном движении. Проблемы, возникающие при воображении движений без обратной связи, — это отсутствие контроля над деятельностью, а также отсутствие мотивации. Используя BCI, образы движений можно измерять в режиме реального времени, что позволяет обеспечить обратную связь с субъектом в реальном времени. Кроме того, сочетание устройств BCI с функциональной электрической стимуляцией, запускаемой ИМ (FES), позволяет ресинхронизировать кортикальную активацию, периферическую активацию и сенсорную обратную связь. В дополнение к этому, некоторые исследования приводят доводы в пользу включения виртуальной реальности для немедленной визуальной обратной связи. Сочетание наблюдения за действиями на основе виртуальной реальности и обратной связи по ФЭС может усилить улучшение двигательных функций, когда субъекты взаимодействуют с аватаром на экране в реальном времени. Таким образом, можно замкнуть цепь: система распознает образы движений, и ФЭС применяется к целевой мышце, чтобы помочь участнику выполнить движение. При этом аватар выполняет точно такое же движение (синхронно с ФЭС), которое отображается на экране участника в режиме реального времени. Следовательно, помимо выполнения физических движений, которые способствуют успеху терапии, области сенсорной коры также активируются синхронно с двигательными образами посредством афферентных нервных импульсов. Это приводит к стимуляции пластичности Хебба, согласно которой нейроны, которые неоднократно стимулируются вместе, создают общие связи. Считается, что это вызывает пластичность, зависящую от использования, и облегчает функциональное восстановление. Такое укрепление центрально-периферических связей с помощью дополнительных технологий потенциально может улучшить восстановление двигательных функций за счет индуцированной пластичности, зависящей от использования, и облегчить функциональное восстановление после инсульта.

Имеются данные об изменениях в активации мозга и функциональной связности (ФК) у пациентов с инсультом, получающих реабилитационную терапию на основе BCI. Они потенциально могут привести к увеличению FC между нижней теменной долей и дополнительной двигательной областью (SMA), а также между передней поясной извилиной коры и SMA, что положительно коррелирует с увеличением баллов Fugl-Meyer. Более того, увеличение FC наблюдалось между ипсилезиональным таламусом и контралатеральной поясной извилиной, контрлатеральной парацентральной долькой и двусторонним предклиньем.

Тип исследования

Интервенционный

Регистрация (Действительный)

22

Фаза

  • Ранняя фаза 1

Контакты и местонахождение

В этом разделе приведены контактные данные лиц, проводящих исследование, и информация о том, где проводится это исследование.

Места учебы

      • Leipzig, Германия, 04103
        • Department of Neurology, Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences

Критерии участия

Исследователи ищут людей, которые соответствуют определенному описанию, называемому критериям приемлемости. Некоторыми примерами этих критериев являются общее состояние здоровья человека или предшествующее лечение.

Критерии приемлемости

Возраст, подходящий для обучения

  • Взрослый
  • Пожилой взрослый

Принимает здоровых добровольцев

Да

Описание

Критерии включения:

  • Возраст: от 18 до 80 лет на момент подписания формы согласия.
  • BCI наивный
  • Совместимость с МРТ
  • Участие в подробном обсуждении объяснения эксперимента.
  • Подписание согласия на участие в каждом эксперименте

Критерии исключения:

  • Сенсорные нарушения (зрительные и слуховые)
  • Вернике или глобальная афазия
  • Сильная спастичность
  • Неврологические и/или психиатрические заболевания
  • Тяжелые ранее существовавшие заболевания легких или сердца; Желудочно-кишечные заболевания; Злокачественное заболевание
  • Заболевания щитовидной железы
  • Прием других лекарств
  • Узкоугольная глаукома
  • Невозрастные отологические заболевания
  • Стимуляторы (сердечные, нервные и др.)
  • Участие в аналогичном исследовании
  • Переломы или повреждения верхних конечностей.
  • Предшествующие нейрохирургические процедуры
  • Неспособность выполнять экспериментальные задания.
  • Невозможность дать согласие
  • Иметь противопоказания для магнитно-резонансной томографии (МРТ) (например, брекеты, кардиостимуляторы, металлические имплантаты, которые могут мешать МР-сигналу, клаустрофобия)
  • Тяжелые нарушения внимания и влечений.
  • Злоупотребление алкоголем или наркотиками
  • Беременность
  • Женщины в период грудного вскармливания

Учебный план

В этом разделе представлена ​​подробная информация о плане исследования, в том числе о том, как планируется исследование и что оно измеряет.

Как устроено исследование?

Детали дизайна

  • Основная цель: Уход
  • Распределение: Рандомизированный
  • Интервенционная модель: Параллельное назначение
  • Маскировка: Двойной

Оружие и интервенции

Группа участников / Армия
Вмешательство/лечение
Экспериментальный: Интервенционная группа - Леводопа
Описание группы: Участники получат леводопа с последующей тренировкой при помощи BCI в течение 6 дней.
Участники экспериментальной группы будут получать Мадопар по 125 мг в течение 6 дней.
Другие имена:
  • Леводопа
Плацебо Компаратор: Контрольная группа - Плацебо
Описание группы: Участники получат плацебо, после чего пройдут тренировки при помощи BCI в течение 6 дней.
Участники контрольной группы будут получать плацебо в течение 6 дней.
Другие имена:
  • Таблетка без каких-либо активных компонентов.

Что измеряет исследование?

Первичные показатели результатов

Мера результата
Мера Описание
Временное ограничение
Изменения структуры мозга по оценке МЦат
Временное ограничение: Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Характеристика основных структурных изменений путем комплексной оценки свойств тканей головного мозга, что позволяет чувствительно выявлять тонкие нейропластические изменения в процессе насыщения переноса намагниченности (MTsat) до и после вмешательства.
Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Изменения структуры мозга по оценке PD
Временное ограничение: Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Характеристика основных структурных изменений путем комплексной оценки свойств тканей головного мозга, что позволяет чувствительно выявлять тонкие нейропластические изменения в плотности протонов (ПД) до и после вмешательства.
Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Изменения структуры мозга по оценке R1
Временное ограничение: Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Характеристика основных структурных изменений путем комплексной оценки свойств тканей головного мозга, позволяющая чувствительно выявлять тонкие нейропластические изменения по скорости продольно-поперечной релаксации R1 до и после вмешательства.
Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Изменения структуры мозга по оценке R2*
Временное ограничение: Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Характеристика основных структурных изменений путем комплексной оценки свойств тканей головного мозга, что позволяет чувствительно выявлять тонкие нейропластические изменения по эффективной скорости поперечной релаксации R2 * до и после вмешательства.
Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Изменения белого вещества по оценке DWI (FA)
Временное ограничение: Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Характеристика основных структурных изменений по фракционной анизотропии (ФА) до и после вмешательства.
Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Изменения белого вещества по оценке DWI (MD)
Временное ограничение: Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Характеристика основных структурных изменений по средней диффузии (MD) до и после вмешательства.
Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Изменения белого вещества по оценке DWI (AD)
Временное ограничение: Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Характеристика основных структурных изменений по коэффициенту осевой диффузии (AD) до и после вмешательства.
Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Изменения белого вещества по оценке DWI (RD)
Временное ограничение: Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Характеристика основных структурных изменений по радиальной диффузии (RD) до и после вмешательства.
Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Изменения белого вещества по оценке DWI (g-коэффициент)
Временное ограничение: Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Характеристика основных структурных изменений оценивается по соотношению внутреннего диаметра аксона к общему наружному диаметру (g-коэффициент) до и после вмешательства.
Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Изменения функциональных связей вследствие нейропластичности (rs-fMRI)
Временное ограничение: Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Характеристика основных функциональных изменений путем комплексной оценки свойств связности мозга с использованием фМРТ в состоянии покоя до и после вмешательства.
Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Функциональные и структурные изменения головного мозга вследствие нейропластичности (т-фМРТ)
Временное ограничение: Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.
Характеристика основных функциональных изменений путем комплексной оценки активности мозга и свойств связности с использованием фМРТ на основе задач до и после вмешательства.
Всего 4 МРТ: 1 МРТ за 1 неделю до вмешательства, 1 МРТ за день до недели вмешательства, 1 МРТ через 1 день после недели вмешательства и 1 МРТ через 1 неделю после.

Вторичные показатели результатов

Мера результата
Мера Описание
Временное ограничение
Точность классификации BCI
Временное ограничение: 1 неделя
Изменение точности классификации BCI. Точность BCI рассчитывается после каждого сеанса и определяется как количество правильно классифицированных испытаний, разделенное на общее количество испытаний.
1 неделя
Время, необходимое для достижения точности BCI выше случайного уровня.
Временное ограничение: 1 неделя
Время в днях, необходимое для достижения точности BCI выше случайного уровня.
1 неделя

Соавторы и исследователи

Здесь вы найдете людей и организации, участвующие в этом исследовании.

Следователи

  • Директор по исследованиям: Arno Villringer, PhD, Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences
  • Главный следователь: Bernhard Sehm, PhD, Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences
  • Учебный стул: Khosrov A. Grigoryan, MSc, Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences

Публикации и полезные ссылки

Лицо, ответственное за внесение сведений об исследовании, добровольно предоставляет эти публикации. Это может быть что угодно, связанное с исследованием.

Общие публикации

Даты записи исследования

Эти даты отслеживают ход отправки отчетов об исследованиях и сводных результатов на сайт ClinicalTrials.gov. Записи исследований и сообщаемые результаты проверяются Национальной медицинской библиотекой (NLM), чтобы убедиться, что они соответствуют определенным стандартам контроля качества, прежде чем публиковать их на общедоступном веб-сайте.

Изучение основных дат

Начало исследования (Действительный)

1 октября 2017 г.

Первичное завершение (Действительный)

27 февраля 2023 г.

Завершение исследования (Действительный)

6 августа 2024 г.

Даты регистрации исследования

Первый отправленный

27 августа 2024 г.

Впервые представлено, что соответствует критериям контроля качества

10 декабря 2024 г.

Первый опубликованный (Действительный)

11 декабря 2024 г.

Обновления учебных записей

Последнее опубликованное обновление (Действительный)

31 мая 2025 г.

Последнее отправленное обновление, отвечающее критериям контроля качества

27 мая 2025 г.

Последняя проверка

1 мая 2025 г.

Дополнительная информация

Термины, связанные с этим исследованием

Планирование данных отдельных участников (IPD)

Планируете делиться данными об отдельных участниках (IPD)?

НЕТ

Информация о лекарствах и устройствах, исследовательские документы

Изучает лекарственный продукт, регулируемый FDA США.

Нет

Изучает продукт устройства, регулируемый Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.

Нет

продукт, произведенный в США и экспортированный из США.

Нет

Эта информация была получена непосредственно с веб-сайта clinicaltrials.gov без каких-либо изменений. Если у вас есть запросы на изменение, удаление или обновление сведений об исследовании, обращайтесь по адресу register@clinicaltrials.gov. Как только изменение будет реализовано на clinicaltrials.gov, оно будет автоматически обновлено и на нашем веб-сайте. .

Подписаться