Kako možemo istrenirati mozak da pomogne pacijentima s moždanim udarom?

Publications

Mnogi ljudi koji su imali moždani udar imaju problema s kretanjem, čak i nakon terapije najboljim stručnjacima i metodama. Novi načini da se terapija moždanog udara učini učinkovitijom mogli bi pomoći ljudima da se učinkovitije oporave. Neke istraživačke skupine razvile su sustave sučelja mozak-računalo (BCI) koji mogu mjeriti kada pacijent s moždanim udarom zamišlja pokret ruke snimanjem moždanih valova. Razvili smo BCI koji je koristio aktivnost mozga svakog pacijenta za kontrolu mišićnog stimulatora i monitora tijekom terapije. Pacijenti su tijekom terapije dobivali povratne informacije kada su pravilno zamislili pokret. Testirali smo 51 pacijenta, od kojih su neki imali moždani udar prije mnogo godina. Kod 42 pacijenta došlo je do poboljšanja nakon terapije, prema rezultatima standardiziranih pretraga. Stoga bi terapija temeljena na BCI mogla pomoći nekim pacijentima s moždanim udarom. Mislimo da će u sljedećih nekoliko godina doći do daljnjeg napretka koji će dovesti do učinkovitijih terapija korištenjem BCI.

Što se događa u mozgu kada osoba ima moždani udar?

Moždani udar je vrsta oštećenja mozga koja postaje sve češća jer ljudi žive dulje. Moždani udar se događa kada se krvna žila u mozgu začepi ili počne krvariti. U svakom slučaju, neki dijelovi mozga ne dobivaju dotok krvi koji im je potreban, što može uzrokovati ozbiljno oštećenje mozga. Nakon moždanog udara važno je da pacijent odmah stigne u bolnicu. Liječnici ponekad mogu pomoći pacijentima da se oporave od nekih oštećenja mozga unutar nekoliko dana nakon moždanog udara. Međutim, čak i uz bolničko liječenje, mnogi pacijenti imaju ozbiljna, dugotrajna oštećenja mozga i potrebna im je opsežna terapija.

Mozak se sastoji od dvije polovice, koje se nazivaju lijeva i desna hemisfera. Obično moždani udar zahvaća samo jednu hemisferu, pa neki preživjeli moždani udar imaju problema s pomicanjem lijeve ili desne strane tijela. U teškim slučajevima, pacijentova ruka i noga na lijevoj ili desnoj strani mogu biti potpuno paralizirane. U mnogim blažim slučajevima, pacijenti imaju problema samo s rukom ili nogom (ne s objema) i mogu izvoditi gotovo sve pokrete normalno. Moždani udar može uzrokovati još jedan problem koji se zove spasticitet. To znači da su neki mišići previše napeti. Pacijenti mogu imati bolove, poteškoće u kretanju, nenamjerne pokrete i druge probleme.

recoveriX flagship gym schiedlberg recoverix.com

Poteškoće s kretanjem mogu dovesti do mnogih izazova. Osobe koje su preživjele moždani udar možda neće moći raditi ili uživati ​​u svojim omiljenim sportovima ili hobijima. Možda će im trebati pomoć prijatelja i obitelji i možda će imati financijskih problema zbog gubitka posla i troškova liječenja i skrbi. Nekim osobama koje su preživjele moždani udar nije ugodno biti u javnosti jer misle da će ih ljudi zadirkivati ​​zbog njihovih poteškoća. Ovo su samo neki od razloga zašto su nam potrebni najbolji mogući pristupi i tehnologije kako bismo pomogli pacijentima s moždanim udarom da povrate sposobnost kretanja.

Kako se sučelja mozak-računalo mogu koristiti za terapiju moždanog udara?

Zamislite pacijenta s moždanim udarom koji više ne može pokretati jednu ruku. Za liječenje pacijenata s moždanim udarom, terapeuti često traže od pacijenata da zamisle ili pokušaju izvesti određene vrste pokreta rukama. Tijekom desetaka terapijskih sesija, ovo pomaže mozgu da ponovno nauči kako kontrolirati zahvaćenu ruku. Mjerenje koje se naziva elektroencefalogram (EEG) koristi se mnogo godina za mjerenje električne aktivnosti mozga [1]. Ova tehnika koristi male metalne diskove zvane elektrode, koji se postavljaju na glavu. EEG nam može reći koja su područja mozga aktivna. Na primjer, postavljanjem elektroda na područja mozga odgovorna za kretanje i osjete, možemo proučavati moždanu aktivnost koja se događa kada se osoba pomakne ili osjeti neki osjet.

recoverix rehabilitation of stroke patients setup

EEG se može kombinirati sa sučeljem mozak-računalo (BCI) kako bi se stvorila nova vrsta terapije moždanog udara. BCI je sustav koji osobi koja prima terapiju može pružiti povratne informacije o aktivnosti mozga u stvarnom vremenu. BCI sustav može detektirati kada pacijenti zamišljaju ispravne pokrete ruke i može dati do znanja pacijentima jesu li ti pokreti ispravni. Na primjer, ako pacijent zamišlja pokret lijevom rukom, tada crtana ruka na monitoru može oponašati taj pokret, dok stimulator mišića pomaže lijevoj ruci da se pomakne. Na taj način pacijent dobiva samo povratnu informaciju od sustava za nagrađivanje dok pravilno izvodi zamišljeni pokret. Gledanje pomicanja ruke u crtanom filmu dok istovremeno osjećate pomicanje vlastitih ruku može motivirati pacijente i potaknuti njihov mozak da ponovno uči motoričke funkcije. Razvijene su mnoge druge vrste BCI-a. Korištenje BCI-a u terapiji nakon moždanog udara može dovesti do povećane plastičnosti mozga, što znači da mozak može stvoriti nove veze koje mu pomažu da nauči ponovno obavljati određene funkcije, kao što je pomicanje ruke bez grčeva ili drugih poteškoća.

Kako smo proveli znanstvenu studiju recoveriX?

Zamolili smo 51 pacijenta da sudjeluje u našem istraživanju. Ti su pacijenti u prosjeku imali 61 godinu i moždani udar imali su u prosjeku 37 mjeseci prije istraživanja. Neki ljudi vjeruju da se pacijenti koji su imali moždani udar prije više od 12 mjeseci vjerojatno neće poboljšati, ali mi smo pretpostavili drugačije.

Pacijenti su sudjelovali u dvije predprocjene prije terapije. U prethodnim procjenama proveli smo testove kako bismo proučili motoričke sposobnosti i druge čimbenike svakog pacijenta. Prethodne procjene obavljene su 2 različita dana, odvojena s 1 mjesecom, kako bismo osigurali dobro razumijevanje sposobnosti pacijenata prije terapije. Zatim su pacijenti sudjelovali u 25 do 31 BCI terapiji s licenciranim terapeutom. Svaka je sesija trajala oko 1 h, a većina pacijenata radila je 2 sesije tjedno (Slika 1). Nakon toga, napravili smo tri naknadne procjene kako bismo proučili kako se svaki pacijent promijenio. Prva naknadna procjena obavljena je odmah nakon zadnje terapije, a ostale naknadne procjene 1 i 6 mjeseci kasnije.

Figure 1 - In BCI therapy, stroke patients wear an electrode cap and view a monitor where an image, such as moving hands, helps them relearn how to move.
Slika 1 – U BCI terapiji, pacijenti s moždanim udarom nose kapu s elektrodom i gledaju monitor na kojem im slika, poput pomicanja ruku, pomaže da ponovno nauče kako se kretati. BCI čita električne signale iz mozga, uključujući one koji su uključeni u pokrete i osjećaj dodira (obojena područja), i daje pacijentu povratnu informaciju na monitoru kada se pokreti izvode ispravno. Također postoje stimulacijske elektrode pričvršćene na pacijenta koje mu pomažu da izvede svaki pokret BCI terapija dovodi do poboljšanja motoričkih funkcija jer neuroni pronalaze nove veze, kroz proces koji se naziva plastičnost mozga.

Što recoveriX otkriva iz mozga?

Istražili smo učinak BCI terapije mjerenjem tri odvojena faktora:

    • BCI točnost
    • Aktivnost mozga
    • Pokret

BCI točnost je način mjerenja angažmana svakog pacijenta u zadacima motoričke slike. Visoka točnost BCI ukazuje na to da pacijent pazi na zadatke i ispravno zamišlja pokrete. Ako pacijent ne zamišlja nikakav pokret, tada će točnost BCI biti oko 50%. Stoga, niska točnost može značiti da pacijent ne sudjeluje ili ne zamišlja ispravno pokrete. Terapeut bi potom mogao trenirati pacijenta kako bi mu pomogao poboljšati točnost BCI (Slika 2A).

Figure 2 - (A) BCI accuracy from therapy sessions 1 through 31 for one patient.

Slika 2 – (A) BCI točnost iz terapijskih sesija od 1 do 31 za jednog pacijenta. Isprva je točnost BCI-a pri klasificiranju pokreta lijeve naspram desne ruke bila 65%. Točnost se poboljšala s dodatnim terapijskim seansama i dosegla 100% u sesiji 25. (B) Aktivacija mozga prije i nakon 31 sesije BCI terapije. Bijela boja prije terapije ukazuje na to da nema aktivacije mozga za pokretanje ruku i prstiju, dok crvena boja nakon terapije ukazuje na veću aktivaciju mozga. C3 je naziv za položaj elektrode iznad područja mozga odgovornog za kretanje desne ruke.

Aktivnost mozga se mjeri tijekom cijele BCI terapije. Obično, u ranim terapijskim seansama, pokretna područja mozga ne rade učinkovito zajedno. Tijekom tjedana terapije često vidimo da područja kretanja u mozgu postaju mnogo aktivnija (Slika 2B). Boje na slici 2B označavaju aktivaciju mozga na različitim frekvencijama u područjima koja su važna za kretanje. X-os označava vrijeme u svakom pokušaju; područja dalje desno označavaju kasnija vremena u suđenju. Y-os odražava različite frekvencije. Donja područja grafikona su niže frekvencije (označene grčkim slovom mu), a viša područja grafikona su više frekvencije (označene grčkim slovom beta).

YouTube

By loading the video, you agree to YouTube’s privacy policy.
Learn more

Load video

Najvažniji učinak BCI terapije je pomoć pacijentima u ponovnom pokretanju. Slika 3A prikazuje alat koji terapeuti i znanstvenici koriste za testiranje pokreta zapešća i ruke, nazvan Nine-Hole Peg Test jer pacijent mora uzeti devet malih klinova i staviti ih u devet malih rupa. Zamolili smo pacijente da obave ovaj test s obje ruke nekoliko puta tijekom terapijskog procesa i pratili smo vrijeme koje im je trebalo da završe test. Ako je BCI terapija pomogla pacijentu da povrati kretanje, vidjeli smo smanjenje vremena koje je pacijentu trebalo da završi ovaj test tijekom terapijskih sesija (Slika 3B).

Figure 3 - (A) The Nine-Hole Peg Test can be used to test wrist and hand movement.

 

 

 

 

Slika 3 – (A) Nine-Hole Peg Test može se koristiti za testiranje pokreta zgloba i ruke. (B) Rezultati koji pokazuju poboljšanje pokreta ruke jednog pacijenta tijekom BCI terapije. Vrijeme potrebno za dovršenje zadatka sa zahvaćenom (desnom) rukom smanjilo se sa 7 min 26 s na početku terapije na 1 min 14 s nakon 28 terapija. (C) Sažetak svih testova motoričke funkcije, u kombinaciji, za sve ispitivane pacijente. Ako je traka iznad nule, kretanje je poboljšano nakon terapije. Četrdeset i devet pacijenata pokazalo je poboljšanje, dok su samo dva pacijenta pokazala smanjeno kretanje (jedan je imao još jedan moždani udar, a drugi nije obraćao pozornost)..

Koristili smo mnoge testove uz Nine-Hole Peg Test za mjerenje boli, spastičnosti, koncentracije, pamćenja i koliko dobro pacijenti mogu izvoditi različite pokrete sa i bez pomoći. Neki testovi bili su samo upitnici koji su postavljali pitanja o dnevnim aktivnostima, primjerice može li pacijent odjenuti majicu bez pomoći. Proveli smo 18 testova sa svakim pacijentom, a viši kombinirani rezultat testa ukazivao je na veće poboljšanje u tim testovima (Slika 3C). Naši rezultati su pokazali da je terapija BCI-om pomogla većini pacijenata vratiti pokretljivost i/ili smanjiti spastičnost u šakama i rukama. Utvrdili smo da terapija djeluje bolje kod pacijenata koji postižu više od 80% točnosti. BCI terapija čak je djelovala mnogo godina nakon pacijentovog moždanog udara. Jedan pacijent je sudjelovao 31 godinu nakon moždanog udara i još uvijek se poboljšao! Naši rezultati su nam rekli da je BCI terapija pomogla mozgu pacijenata da nauče kako bolje kontrolirati svoje pokrete.

recoverix neurological rehabilitation
Do sada je naš rad bio usmjeren na rehabilitaciju ruku i šaka. U budućnosti ćemo koristiti BCI terapiju na pacijentima s moždanim udarom sa zahvaćenim nogama, kako bismo poboljšali njihovu brzinu hoda. Moždani udar može snažno utjecati na ljude na mnoge načine, pa stoga postoji snažna potreba za istraživanjem novih načina da im se pomogne u oporavku. Uz dodatna istraživanja i razvoj naše grupe i drugih grupa, nadamo se da ćemo razviti bolje terapijske metode i uređaje kako bi pacijenti ponovno mogli izvoditi pokrete za rad, zabavu, društvene događaje i svakodnevne životne aktivnosti.

Ovaj je članak objavljen u časopisu Frontiers For Young Minds, 1. listopada 2021.

Glosar

Hemisfere: desna i lijeva polovica mozga. Lijeva hemisfera kontrolira kretanje desne strane tijela i obrnuto.
Spastičnost: Ovaj poremećaj može uključivati ​​grčeve (nevoljne pokrete), ukočene ili zategnute mišiće, bol i preaktivne reflekse. Ljudi mogu imati problema s držanjem, hodanjem, tipičnim dnevnim aktivnostima i drugim pokretima.
Elektroencefalogram (EEG): Mjerenje prirodne električne aktivnosti koju proizvodi mozak, dobiveno pomoću elektroda postavljenih na glavu.
Elektrode: Mali senzori koji otkrivaju aktivnost mozga. EEG elektrode općenito su mali, metalni diskovi montirani u kapicu, koji ne prodiru u kožu niti uzrokuju bol.
Brain-Computer Interface (BCI): Sustav koji koristi izravna mjerenja aktivnosti mozga za pružanje komunikacije i kontrole u stvarnom vremenu. Većina BCI koristi EEG za mjerenje aktivnosti mozga.
Motorička funkcija: sposobnost pomicanja dijelova tijela.
Plastičnost mozga: izvanredna sposobnost mozga da se mijenja kako bi se prilagodio novim informacijama i situacijama, kao što je terapija. Ova sposobnost pomaže ljudima da se oporave od moždanog udara i drugih ozljeda.