脳卒中を患った多くの人は、最高の専門家と方法による治療を受けた後でも、動くのに困難を感じています。脳卒中治療をより効果的にする新しい方法は、人々がより効果的に回復するのに役立つ可能性があります。いくつかの研究グループは、脳波を記録することで脳卒中患者が手の動きを想像するタイミングを測定できる脳コンピューターインターフェース（BCI）システムを開発しました。私たちは、治療中に各患者の脳活動を使用して筋肉刺激装置とモニターを制御するBCIを開発しました。患者は、治療中に動きを正しく想像すると、やりがいのあるフィードバックを受け取りました。私たちは51人の患者をテストしましたが、そのうちのいくつかは何年も前に脳卒中を経験していました。標準化されたテストの結果に基づくと、42人の患者は治療後に改善しました。したがって、BCIベースの治療は一部の脳卒中患者を助けることができます。今後数年間でさらなる進歩があり、 BCIを使用したより効果的な治療につながると考えています。

脳卒中が起こると脳内では何が起こりますか?

脳卒中は、人々の寿命が延びたため、より一般的になりつつある脳損傷の一種です。脳卒中は、脳内の血管が詰まったり出血したりすることで起こります。いずれの場合も、脳の一部に必要な血液が供給されなくなり、深刻な脳損傷を引き起こす可能性があります。脳卒中後、患者はすぐに病院に行くことが重要です。医師は、脳卒中後数日以内に患者が脳損傷の一部から回復するのを助けることができる場合があります。しかし、病院で治療を受けたとしても、多くの患者は深刻で長期にわたる脳損傷を抱えており、広範囲にわたる治療が必要です。

脳は、左半球と右半球と呼ばれる 2 つの半分で構成されています。通常、脳卒中は片方の半球のみに影響するため、脳卒中を経験した人の中には、体の左側または右側を動かすのに困難を感じる人もいます。重症の場合、患者の左側または右側の腕と脚が完全に麻痺することがあります。多くの軽症の場合、患者は腕か脚のどちらか一方 (両方ではありません) にのみ問題があり、ほぼすべての動作を正常に行うことができます。脳卒中は、痙縮と呼ばれる別の問題を引き起こす可能性があります。これは、一部の筋肉が過度に緊張することを意味します。患者は、痛み、動作困難、意図しない動作、およびその他の問題に悩まされる可能性があります。

運動障害は多くの問題を引き起こす可能性があります。脳卒中患者は仕事ができない、または好きなスポーツや趣味を楽しむことができないかもしれません。友人や家族の助けが必要になるかもしれませんし、仕事を失ったり治療や介護の費用で経済的に困るかもしれません。脳卒中患者の中には、障害のことでからかわれるのではないかと心配して人前に出るのを嫌がる人もいます。これらは、脳卒中患者の運動能力回復を支援するために最善のアプローチと技術が必要な理由のほんの一部にすぎません。

脳コンピューターインターフェースは脳卒中治療にどのように活用できるのでしょうか?

片手を動かすことができなくなった脳卒中患者を想像してください。脳卒中患者の治療では、セラピストは患者に特定の種類の手の動きを想像したり試したりするように依頼することがよくあります。何十回もの治療セッションを経て、脳は影響を受けた手を制御する方法を再学習します。脳波 (EEG) と呼ばれる測定法は、脳の電気的活動を測定するために長年使用されてきました [ 1 ]。この技術では、頭に置いた電極と呼ばれる小さな金属円盤を使用します。EEG により、脳のどの領域が活動しているかがわかります。たとえば、運動と感覚を司る脳領域に電極を置くことで、人が動いたり感覚を感じたりするときに起こる脳の活動を調べることができます。

EEG を脳コンピューターインターフェース (BCI) と組み合わせることで、新しい種類の脳卒中治療法が生まれます。BCI は、治療を受けている人に脳の活動に関するフィードバックをリアルタイムで提供できるシステムです。BCI システムは、患者が正しい手の動きを想像したときにそれを検出し、その動きが正しいかどうかを患者に知らせることができます。たとえば、患者が左手の動きを想像すると、モニター上の漫画の手がその動きを模倣し、筋肉刺激装置が左手の動きを助けます。このようにして、患者は想像した動きを正しく実行している間だけ、システムから報酬となるフィードバックを受け取ります。漫画の手の動きを見ながら自分の手の動きを感じることは、患者のやる気を引き出し、脳が運動機能を再学習するように促すのに役立ちます。他にも多くの種類のBCIが開発されています。脳卒中後の治療にBCI を使用すると、脳の可塑性が高まる可能性があります。つまり、脳は新しい接続を作成し、けいれんやその他の困難なしに手を動かすなど、特定の機能を再び実行することを学ぶことができます。

recoveriXの科学的研究はどのように行われたのでしょうか?

私たちは 51 人の患者に研究への参加を依頼しました。これらの患者の平均年齢は 61 歳で、研究開始前の平均 37 か月前に脳卒中を起こしていました。12 か月以上前に脳卒中を起こした患者はおそらく改善しないと考える人もいますが、私たちはそうではないと仮定しました。

患者は治療前に 2 回の事前評価を受けました。事前評価では、各患者の運動能力やその他の要因を調べるためのテストを実施しました。事前評価は、治療前に患者の能力を十分に把握できるように、1 か月間隔で 2 日間実施しました。その後、患者は資格のあるセラピストによる 25 ～ 31 回の BCI 治療セッションに参加しました。各セッションは約 1 時間で、ほとんどの患者は 1 週間に 2 回のセッションを受けました (図 1)。その後、各患者の変化を調べるために 3 回の事後評価を行いました。最初の事後評価は最後の治療セッションの直後に実施し、その他の事後評価は 1 か月後と 6 か月後に実施しました。

図 1 – BCI 療法では、脳卒中患者は電極キャップをかぶり、動く手などの画像が表示されるモニターを見て、動き方を再学習します。BCI は、動きや触覚 (色のついた部分)に関連するものを含む脳からの電気信号を読み取り、動きが正しく行われたときにモニターで患者にフィードバックします。また、患者には刺激電極が取り付けられており、各動作の実行を助けます。BCI 療法では、脳の可塑性と呼ばれるプロセスを通じてニューロンが新しい接続を見つけるため、運動機能が向上します。

recoveriXは脳から何を検出するのでしょうか?

私たちは、3 つの個別の要素を測定することで BCI 療法の効果を調査しました。

• • • BCIの精度
    • 脳の活動
    • 動き

BCI 精度は、各患者の運動イメージタスクへの取り組みを測定する方法です。BCI 精度が高いということは、患者がタスクに注意を払っており、動きを正しくイメージしていることを示します。患者が動きをまったくイメージしていない場合、BCI 精度は約 50% になります。したがって、精度が低いということは、患者が参加していないか、動きを正しくイメージしていないことを示している可能性があります。セラピストは、患者を指導して BCI 精度の向上を支援する場合があります (図 2A)。

脳の活動は、BCI 療法全体を通じて測定されます。通常、初期の療法セッションでは、脳の運動領域は効果的に連携していません。数週間にわたる療法で、脳の運動領域がはるかに活発になることがよくあります (図 2B)。図 2B の色は、運動に重要な領域におけるさまざまな周波数での脳の活性化を示しています。x 軸は各試験の時間を示し、右側の領域は試験の後の時点を示しています。y 軸はさまざまな周波数を反映しています。グラフの下部は低周波数 (ギリシャ文字の mu で表示)、グラフの上部は高周波数 (ギリシャ文字の beta で表示) です。

BCI 療法の最も重要な効果は、患者の動きを取り戻すことです。図 3A は、セラピストや科学者が手首と手の動きをテストするために使用するツールを示しています。これは、患者が 9 本の小さなペグを拾い、それを 9 つの小さな穴に差し込む必要があるため、9 穴ペグ テストと呼ばれます。私たちは、治療プロセス全体を通じて、両手でこのテストを数回実行するよう患者に依頼し、テストの完了に要した時間を追跡しました。BCI 療法が患者の動きを取り戻すのに役立った場合、治療セッションの過程で患者がこのテストを完了するのに要した時間が短縮されました (図 3B)。

図 3 – (A) 9 穴ペグ テストは、手首と手の動きをテストするために使用できます。( B) BCI 療法中に 1 人の患者の手の動きが改善したことを示す結果。影響を受けた (右) 手でタスクを完了する時間は、療法開始時の 7 分 26 秒から 28 回療法後に 1 分 14 秒に短縮されました。(C) 研究対象となったすべての患者のすべての運動機能テストをまとめた要約。バーがゼロより上であれば、療法後に動きが改善されています。49 人の患者で改善が見られ、2 人の患者のみ動きが低下しました (1 人は再び脳卒中を起こし、もう 1 人は注意を払っていませんでした)。

 

 

 

 

ることができるかどうかなど、日常の活動について尋ねる質問票だけでした。我々はすべての患者に対して18のテストを実施し、総合テストスコアが高いほど、これらのテストの改善が大きいことを示しました（図3C）。我々の結果は、BCI療法がほとんどの患者の動きを取り戻し、手や腕の痙縮を軽減するのに役立ったことを示しました。我々は、80％以上の精度を達成した患者に対して、この療法がより効果的であることがわかりました。BCI療法は、患者の脳卒中後何年も経ってからも効果がありました。ある患者は、脳卒中後31年経っても参加し、それでも改善しました！我々の結果は、BCI療法が患者の脳が自分の動きをよりうまく制御する方法を学ぶのに役立ったことを示しました。

これまで、私たちの研究は腕と手のリハビリテーションに重点を置いてきました。将来的には、脚に障害のある脳卒中患者に BCI 療法を適用し、歩行速度を改善します。脳卒中はさまざまな形で人々に強い影響を及ぼす可能性があるため、回復を助ける新しい方法を模索する必要性が高まっています。私たちのグループや他のグループによるさらなる研究開発により、患者が仕事、娯楽、社交行事、日常生活の活動のために再び動作を行えるように、より優れた治療法とデバイスを開発したいと考えています。

Frontiers For Young Mindsに掲載されました。

用語集

半球: 脳の右半分と左半分。左半球は体の右側の動きを制御し、その逆も同様です。
痙縮: この障害には、痙攣 (不随意運動)、筋肉の硬直または緊張、痛み、反射神経の過剰活動が含まれます。姿勢、歩行、一般的な日常活動、その他の動作に問題が生じる場合があります。脳波 (EEG): 脳が生成する自然な電気活動の測定値で、頭に電極を配置して取得します。電極: 脳の活動を検出する小型センサー。EEG 電極は通常、キャップに取り付けられた小さな金属ディスクで、皮膚を貫通したり痛みを引き起こしたりすることはありません。脳コンピューター インターフェイス (BCI): 脳活動を直接測定して、リアルタイムで通信および制御を行うシステム。ほとんどのBCI は、脳活動の測定に EEG を使用します。
運動機能: 体の各部を動かす能力。脳の可塑性: 脳が新しい情報や治療などの状況に適応するために自らを変化させる驚くべき能力。この能力は、脳卒中やその他の傷害からの回復に役立ちます。