Brain Computer Interface (BCI)-teknik för strokehandrehabilitering (ARTS-BCI)

Sjukgymnastik tillvägagångssätt är de facto rehabilitering för stroke, som involverar mänskliga terapeuter för att hjälpa strokepatienter att återställa sin motoriska förmåga. Moderna rehabiliteringsteknologier inkluderar robotik, funktionell elektrisk stimulering, transkraniell magnetisk stimulering och virtuell verklighet. Robotrehabilitering lindrar de arbetsintensiva aspekterna av fysisk rehabilitering av mänskliga terapeuter och kan potentiellt förbättra produktiviteten vid strokerehabilitering. Den är dock i grunden baserad på rörelseupprepning med visuell feedback som hjälper strokepatienter att förbättra motorisk förmåga i sina svaga strokedrabbade armar och ben. Roboten kan dock fortfarande flytta den svaga delen av patienten även om patienten inte är uppmärksam på träningen och därmed blir robotträningen en passiv aktivitet. Däremot fungerar BCI-baserad robotträning genom att säkerställa ett aktivt engagemang från hemiparetiska patienter i att göra en frivillig rörelse. Dessutom kan hemiplegiska eller inlåsta strokepatienter som inte har någon motorisk kraft på de drabbade extremiteterna sedan engagera sig och utföra en frivillig rörelse på dessa drabbade extremiteter.

BCI-baserad robotrehabilitering fyller denna lucka genom att detektera den motoriska avsikten hos hemiplegiska patienter från elektroencefalogramsignalerna (EEG) för att driva robotrehabiliteringen. Detta BCI-baserade forskningsprojekt för robotrehabilitering för stroke genomfördes gemensamt av Tan Tock Seng Hospital (TTSH), National Neuroscience Institute (NNI) och Institute for Infocomm Research (I2R). Preliminära kliniska prövningar utförda vid TTSH har visat att strokepatienter kan operera BCI lika effektivt som friska försökspersoner.

Specifikt kommer detta forskningsprojekt att ta itu med följande luckor inom området rehabilitering för stroke:

1. Enkelmodal BCI - Det nuvarande systemet använder en enkelmodal icke-invasiv EEG-baserad BCI som detekterar motoriska avsikter med hjälp av minst 2,5 sekunders EEG-data. Därför föreslås forskning av en avancerad multimodal BCI såsom synergisering av nära-infraröd spektroskopi med EEG för att ge ett mer lyhört och effektivt BCI-baserat robotrehabiliteringssystem.
2. Standardterapi - Det nuvarande systemet använder en standardterapi för alla strokepatienter. Men sjukgymnaster och arbetsterapeuter antar vanligtvis en mer individualiserad terapi för varje strokepatient. Därför föreslås forskning om en individualiserad terapi för varje strokepatient i enlighet med hans eller hennes inlärningshastighet och neurologiska förolämpningar.
3. Endast fysiologisk rehabilitering - Det nuvarande systemet utför endast fysiologisk rehabilitering av motoriska funktioner hos strokepatienter. För närvarande är vissa validerade skalor för depression efter stroke såsom Beck depressionsinventering, CES-D, Zung-skala, State trait, HADS etc svåra att administrera till strokepatienter som inte kan delta med bedömning på grund av nedsatt språk eller kognitiva förmågor. Därför föreslås ett avancerat BCI-baserat rehabiliteringssystem som även detekterar strokepatientens mentala tillstånd för att täcka både fysiologisk och psykologisk rehabilitering.
4. Rehabilitering av övre extremiteterna - Det nuvarande systemet som använder det kliniskt beprövade robotrehabiliteringssystemet MIT Manus, utför endast rehabilitering av övre extremiteterna för strokepatienter med grova räckviddsmönster. Mänskliga handfärdigheter, däremot, består av mer komplexa manipulationsrörelsemönster som kan ingripas av BCI-baserad robotrehabilitering. Därför föreslås ett avancerat BCI-baserat rehabiliteringssystem som täcker handfunktionen för att täcka rehabiliteringen av hela den övre extremiteten.