BCI 驱动 FES 和手部矫形器用于慢性中风上肢康复
脑机接口驱动辅助功能性电刺激对慢性脑卒中患者上肢康复的研究
研究概览
详细说明
这项研究将调查 FES 和主动矫形器的结合是否可以促进由非侵入性、基于脑电图的 BCI 触发的“伸手抓握和释放”功能性手臂运动,从而促进临床相关的手臂功能恢复。慢性中风偏瘫患者的上肢。
BCI 检测与相应尝试运动的运动意图相关的感觉运动节律 (SMR)。
在研究组中,只有当脑机接口检测到与运动意图相关的感觉运动节律(SMR)时,辅助设备才会被触发。
在对照组中,辅助装置被随机触发(与夹带的皮质活动分离)。
与之前基于 BCI 的干预措施类似,该研究的主要理由是 BCI 可以改变 FES 和基于矫形器的疗法,并通过恢复意图-行动-感知循环以及传出运动命令和传入感觉之间的偶然性来增强其疗效反馈。 为了专门研究从主要混杂中分离出来的 BCI 的贡献,最好采用假手术控制,该假手术控制保留 FES 和矫形器支撑,并且仅去除(对参与者和治疗师均不知情)刺激与合适的 SMR EEG 活动的及时耦合优于其他对照候选药物(常规疗法、无疗法、其他安慰剂方法)。
与之前大多数基于脑机接口的干预措施不同,选择了更复杂的上肢功能运动,进一步涉及物体操作,目标是更大的临床效果和对日常生活活动(ADL)的更高影响。 进一步探索更丰富的反馈可能带来更大益处的假设,FES 辅以同时触发的主动矫形器,旨在平滑抓取运动模式并提供更准确的本体感觉反馈。
接下来的主要假设是验证 BCI 组件在功能恢复方面的附加值,但非常重要的是,使用几种基于经颅磁刺激 (TMS) 的协议和高密度进行干预前、干预后和后续评估脑电图将有助于这项研究更仔细地研究伴随治疗的皮质内和皮质脊髓束可塑性机制。
研究慢性中风人群的选择是基于之前基于 BCI 的试验中获得的整体结果,这些结果表明该群体的疗效更大。
目的 本研究的主要目的是表明,FES 和矫形辅助干预相结合可以显着改善上肢功能(在统计意义上),以 Fugl-Meyer 上肢评估 (FMA) 量表为索引(FMA-UE) 与假控制器相比,当由基于 SMR 的 BCI 驱动时,恢复可以是持久的且具有临床相关性。
研究完成后的假设结果是在对受试者进行混合设计方差分析时,受试者内因素“时间”(干预前和干预后)与受试者间因素“组”(BCI 与 Sham)之间存在显着交互作用。研究的主要结果。 此外,通过适当的事后测试,BCI 组预计在干预后会产生显着更高的主要结果值(与基线相比)。 这种差异还应该超过慢性中风样本的临床相关阈值。 理想情况下,BCI 组在干预后和随访时间点的主要结局方面也应显着高于假手术组,但在基线(干预前评估)时则不然。 这是证实我们的假设的必要先决条件,即至少 BCI 组中干预后和干预前的主要结果之间的差异显着更大。 对于所定义的次要临床结果,尤其是与 ADL 相关的次要临床结果,得出类似的效果是可取的。
本研究的次要(但对提出的科学问题至关重要)目标是证明 BCI 组的更大功能恢复与仅在该组中发生(或深刻)的活动依赖性神经可塑性现象相关。 所提出的疗法对运动皮层可塑性和皮质脊髓束(CST)兴奋性的影响将在干预前后以及随访时进行评估。 初级运动皮层和皮质脊髓投射的兴奋性将通过单脉冲 TMS 后的运动诱发电位 (MEP) 振幅和潜伏期、静息和活动运动阈值 (RMT、AMT) 以及皮质内抑制和促进范式进行索引配对脉冲 TMS,在第一背侧骨间肌 (FDI) 肌肉中进行研究,或者在缺乏 FDI-MEP 的情况下在更近端的肌肉中进行研究(例如, 桡侧腕伸肌 (ECR) 或指浅屈肌 (FDS)。
运动皮层的突触可塑性将通过快速配对联想刺激 (rPAS) 方案后 MEP 振幅的调节来评估。 运动皮层可塑性和兴奋性的变化预计将遵循与上述主要临床结果相同的趋势,此外,预计事前差异与相应的主要结果差异(对于每个个体参与者)显着相关,两者均在每个小组,尤其是将所有受试者集中在一起时。 还假设使用运动尝试的脑电图相关性(例如,两个半球的运动、前运动和感觉区域内或之间的功能连接,事件相关的同步/去同步 ERD/ERS 等)将观察到相同的效果干预前和干预后筛查,以及分析治疗过程的脑电图数据。
对于同意接受该手术的符合条件的患者,将寻求利用扩散张量成像(患者在扫描仪内进行类似的伸手和抓握运动)来更深入地研究干预前后结构可塑性的可能性。
研究类型
注册 (估计的)
阶段
- 不适用
联系人和位置
学习联系方式
- 姓名:Serafeim Perdikis, PhD
- 电话号码:00447394404046
- 邮箱:serafeim.perdikis@essex.ac.uk
研究联系人备份
- 姓名:Viviana Versace, PhD, MD
- 电话号码:0039472774580
- 邮箱:viviana.versace@sabes.it
学习地点
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South Tyrol
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Vipiteno、South Tyrol、意大利、39049
- 招聘中
- Ospedale di Vipiteno | Azienda Sanitaria dell'Alto Adige
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接触:
- Viviana Versace, PhD MD
- 电话号码:00390472774580
- 邮箱:viviana.versace@sabes.it
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参与标准
资格标准
适合学习的年龄
- 成人
- 年长者
接受健康志愿者
描述
纳入标准:
- 18岁以上
- 缺血性或出血性脑血管意外 (CVA) 的受害者
- CVA 发生后至少 6 个月。 中风后时间没有上限
- 第一个 CVA
- 上肢严重中枢性麻痹或完全瘫痪,以医学研究委员会 (MRC) 量表评分≤2 进行量化,在手腕和手指伸展和屈曲以及前臂屈曲和伸展时进行评估。其他伴随的运动障碍不构成排除标准。
- 放射学证据显示,单侧皮质病变(左半球或右半球)、皮质脊髓束的皮质下病变或脑桥上病变导致上肢瘫痪
- 足够或矫正视力
排除标准:
- 任何阻碍脑电图采集的原因(头皮感染或伤口、皮炎等)
- 严重的伴随疾病(发烧、感染、心脏病等)
- 影响中枢神经系统(CNS,尤其是警惕性)的大量药物
- 伴有多处梗塞的 CVA
- 第二次或之后的 CVA
- 通过行为注意力不集中测试 (BIT) 的行为部分和身体忽视绒毛测试评估严重的单侧半侧空间忽视
- 严重认知障碍影响言语产生、交流(例如 失语症),理解并给予明确和自由的知情同意以及完全理解和遵守方案说明的能力。 建议蒙特利尔认知评估 (MoCA) 评分高于 22/30 连续 2 小时无法集中注意力
- 伴随的神经系统疾病(例如 帕金森病)严重痉挛。 肘部、手腕和手指的改良阿什沃斯量表 (MAS) 评分应低于或等于 2。
- 严重肌张力障碍、运动障碍或疼痛
- 心脏起搏器、有源植入物和 FES 的其他禁忌症
- 影响脑电图采集的金属植入物
无法从受影响肢体的 FDI 和更近端肌肉(如 ECR、FDS 等)唤起静息时幅度大于或等于 0.2 mV 的 MEP 的患者,或者有 TMS 或扩散张量禁忌症的患者成像 (DTI) 方案将不会执行相应的程序,但不会被排除在试验之外。
学习计划
研究是如何设计的?
设计细节
- 主要用途:治疗
- 分配:随机化
- 介入模型:并行分配
- 屏蔽:三倍
武器和干预
参与者组/臂 |
干预/治疗 |
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实验性的:脑机接口(BCI)
在 BCI 臂中,仅当 BCI“在线”(实时)推断该时期内存在足够的 SMR 或 ERD/ERS 时,才会启动 FES 刺激和矫形器触发。
也就是说,传出运动命令和 BCI 驱动执行器引起的传入反馈之间存在精确的偶然性(患者感觉他/她可以在他想要的时候移动他的上肢)。
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基于脑电图的脑机接口检测患者的脑电图感觉运动节律,该节律与患者尝试伸手-喘气-释放上肢运动相关。
对多个上肢肌肉(肘伸肌、手伸肌/屈肌)进行神经肌肉刺激,以实现受影响上肢的伸展、抓握和释放运动。
主动手矫形器实现受影响上肢的伸展、抓握和释放运动。
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假比较器:假脑机接口 (Sham-BCI)
在 Sham-BCI 组中,任何编码患者运动意图的脑电图信号都被忽略。
FES/矫形器触发是通过“回放”先前招募的参与者随机选择的运行数据来随机决定的。
因此,在 Sham-BCI 手臂中,传出运动命令与 FES 和矫形器引起的传入反馈之间不保证有偶然性,尽管它仍然可能偶然发生。
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对多个上肢肌肉(肘伸肌、手伸肌/屈肌)进行神经肌肉刺激,以实现受影响上肢的伸展、抓握和释放运动。
主动手矫形器实现受影响上肢的伸展、抓握和释放运动。
基于假(假)脑电图的脑机接口,随机输出关于当前是否检测到与患者试图伸手喘气释放上肢运动相关的脑电图感觉运动节律的决定。
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研究衡量的是什么?
主要结果指标
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
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Fugl-Meyer 评估 - 上肢 (FMA-UE)
大体时间:干预前(干预开始前1-2天)、干预后立即和6个月随访(干预结束后至少6个月)
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Fugl-Meyer 评估 (FMA),上肢部门 (FMA-UE),包括反射(0-66 等级)。
FMA-UE 结果越高,上肢残疾越少。
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干预前(干预开始前1-2天)、干预后立即和6个月随访(干预结束后至少6个月)
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次要结果测量
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
|---|---|---|
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医学研究委员会 (MRC) 肌肉力量
大体时间:干预前(干预开始前1-2天)、干预后立即和6个月随访(干预结束后至少6个月)
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MRCl 三头肌、手指和腕屈肌/伸肌以及肘伸肌的肌肉力量。
对于每块肌肉,MRC 的值可能为 [0, 5],其中 0 表示完全瘫痪,5 表示正常肌肉力量(无残疾)
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干预前(干预开始前1-2天)、干预后立即和6个月随访(干预结束后至少6个月)
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日常生活自我效能感
大体时间:干预前(干预开始前1-2天)、干预后立即和6个月随访(干预结束后至少6个月)
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12 项(问题)量表评估进行日常生活活动的能力。
每个项目的分数在 [0,4] 之间,因此总体量表在 [0, 48] 之间,其中 0 表示完全无法进行日常生活活动,48 表示能力相当于无残疾的人。
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干预前(干预开始前1-2天)、干预后立即和6个月随访(干预结束后至少6个月)
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合作者和调查者
出版物和有用的链接
一般刊物
- Cervera MA, Soekadar SR, Ushiba J, Millan JDR, Liu M, Birbaumer N, Garipelli G. Brain-computer interfaces for post-stroke motor rehabilitation: a meta-analysis. Ann Clin Transl Neurol. 2018 Mar 25;5(5):651-663. doi: 10.1002/acn3.544. eCollection 2018 May.
- Biasiucci A, Leeb R, Iturrate I, Perdikis S, Al-Khodairy A, Corbet T, Schnider A, Schmidlin T, Zhang H, Bassolino M, Viceic D, Vuadens P, Guggisberg AG, Millan JDR. Brain-actuated functional electrical stimulation elicits lasting arm motor recovery after stroke. Nat Commun. 2018 Jun 20;9(1):2421. doi: 10.1038/s41467-018-04673-z.
研究记录日期
研究主要日期
学习开始 (实际的)
初级完成 (估计的)
研究完成 (估计的)
研究注册日期
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