上肢トレーニングに続いて、脳コンピュータインターフェースリハビリテーションシステムによる下肢トレーニングを実施
出版物脳卒中は依然として世界的に重大な健康問題であり、予防と治療の進歩にもかかわらず、死亡率と障害率に影響を与えています。脳卒中後の運動機能の回復は不十分であることが多く、多くの生存者は日常生活に支障をきたす上肢と下肢の障害に直面しています。脳コンピューターインターフェース (BCI) は、神経活動を利用して外部デバイスを制御する、運動リハビリテーションの有望な手段を提供します。この研究では、運動イメージ、機能的電気刺激 (FES)、および 3D アバターを使用した視覚フィードバックを採用した BCI システムが、脳卒中患者の上肢と下肢の両方の機能を改善するのに有効かどうかを調査します。19 人の参加者が連続して BCI 治療を受け、各治療の前後に評価を実施して機能的結果を評価しました。
この研究では、脳卒中患者に対する新しい治療法として、機能的電気刺激 (FES) とリアルな 3D アバター視覚フィードバックを組み合わせた脳コンピューターインターフェース (BCI) 技術を採用しました。患者は治療セッション中、感覚運動皮質を覆う 16 個のアクティブ電極を備えたワイヤレス EEG キャップを装着しました。上肢 (UE) 治療では、患者は前腕を机の上に置き、手首伸筋に表面 FES 電極を取り付けて座りました。下肢 (LE) 治療では、患者は患肢を少し高くして座り、手首と足の背屈筋に FES 電極を取り付けました。
BCI強化運動イメージ療法は臨床評価において有望な結果を示している
治療セッション中、患者は運動イメージ (MI) タスクに取り組み、それぞれの側の背屈をイメージしました。MI 指示が分類された MI 側と一致した場合、BCI は同期した視覚および固有受容覚フィードバックを提供しました。治療セッションは、それぞれ 40 回の MI 試行を含む 3 回の実行で構成され、EEG データを使用して分類器をトレーニングしました。臨床評価には、Fugl-Meyer Assessment (FMA)、Barthel Index (BI)、modified Ashworth Scale (MAS)、10 メートル歩行テスト (10MWT)、Timed Up and Go (TUG) テストなどのスケールが含まれました。臨床スケールと BCI パフォーマンスの変化を評価するために、統計分析が実行されました。
研究により脳卒中リハビリテーションにおける患者の主要な特徴と治療指標が明らかに
患者のベースライン特性は、年齢の中央値が 53.1 歳、脳卒中発症からの経過時間の中央値が 23.6 か月であることを示しました。ほとんどの患者は、病変部位がさまざまな虚血性脳卒中でした。UE 治療前の FMA-UE スコアの中央値は 19.0 ポイントでした。治療間の経過時間の中央値は 7.4 か月、LE 治療前の歩行速度の中央値は 1.2 m/s でした。統計分析は、MI 学習効果と、UE 治療中および LE 治療中の BCI パフォーマンスの関係を評価することを目的とし、p 値は多重性について補正されました。
上肢および下肢に対するBCI治療後の改善
この研究では、上肢（UE）と下肢（LE）の脳コンピューターインターフェース（BCI）治療を受けた脳卒中患者の運動機能と日常生活活動の改善を観察しました。UE治療では、患者のFugl-Meyer上肢評価（FMA-UE）スコア（p < 0.001）、Barthel Index（BI）スコア（p < 0.001）が有意に上昇し、手首と指の痙縮が軽減しました（p < 0.001）。同様に、LE治療では、歩行速度（p = 0.001）、BIスコア（p = 0.049）が改善し、足首の痙縮が軽減しました（p = 0.011）。FMA-UE、BI、修正アシュワーススケール（MAS）、10メートル歩行テスト（10MWT）、およびTimed Up and Goテスト（TUG）で臨床的に関連する閾値に達しました。 UE 治療と LE 治療の間で BI と FMA-UE の変化に有意差はなかったが、併用治療では FMA-UE (p = 0.002) と BI (p = 0.007) の両方で有意な改善が見られた。BCI パフォーマンスは UE 治療セッション中に改善したが (p = 0.020)、LE 治療セッション中には改善しなかった (p = 0.102)。BCI パフォーマンスの中央値は UE 治療と比較して LE で高く (p = 0.020)、UE と LE の BCI パフォーマンスの間には中程度の相関があった (ρ = 0.614、p = 0.020)。
この研究では、脳卒中患者の上肢 (UE) と下肢 (LE) の運動機能に対する脳コンピューターインターフェース (BCI) 治療の効果を評価した。UE 治療では、上肢の Fugl-Meyer アセスメント (FMA-UE) が使用され、平均 4.2 ポイントの有意な改善が見られ、平均 22% の改善が見られた。重度の障害にもかかわらず、ほとんどの患者で顕著な改善が見られました。さらに、FMA-UE の改善が見られなかった患者でも、日常生活動作 (ADL) と手首の痙縮が改善しました。同様に、LE 治療では、歩行速度 (10MWT) が平均 0.15 m/s 向上し、23% の改善が見られました。患者の ADL も改善し、足首の痙縮も減少しました。
この研究では、両側トレーニングと異なるフィードバック メカニズムを採用しているにもかかわらず、以前の BCI 研究と同等の改善が明らかになりました。重度の障害にもかかわらず、患者は UE と LE の両方の治療で意欲を示し、大きな進歩を示しました。さらに、この研究では、治療を中止した後でも運動機能が持続的に改善していることが明らかになりました。患者は、日常活動、可動性、および生活の質が向上したという逸話的な証拠を報告しました。
今後の研究では、治療セッションの延長とトレーニング強度の変化を調査することを目指しています。特に、患者は時間の経過とともに MI パフォーマンスの学習と改善を示し、BCI を活用するための固有の能力を示しています。BCI パフォーマンスは LE 治療中に一般的に高くなりましたが、UE 治療パフォーマンスと相関しており、BCI パフォーマンスに影響を与える一貫した患者固有の要因を示唆しています。BCI コントロールの分類精度は有意しきい値を超え、健康な個人のパフォーマンスに匹敵し、脳卒中リハビリテーションにおける BCI 介入の実現可能性と有効性を示しています。
研究により上肢の脳コンピューターインターフェーストレーニング研究の限界が明らかに
現在の研究では、将来の研究で対処すべき特定の限界が認められています。上肢 (UE) の脳コンピューターインターフェース (BCI) トレーニング後の改善は既存の文献の調査結果と一致していますが、対照群として独立した UE BCI グループがないため、UE と下肢 (LE) の両方の BCI トレーニングを受けた患者が達成した改善を、LE BCI トレーニングのみを受けた患者と比較する能力が制限されます。さらに、患者サンプルは脳卒中の種類と病変の場所に異質性を示していますが、そのサイズは小さいままであるため、観察された改善と脳卒中特性との相関関係についてより包括的な洞察を得るには、より大規模なコホートが必要です。
リアルタイムモニタリングにより、機能回復における神経可塑性の役割が明らかに
Sebastián-Romagosa ら (2020b) は、治療中に脳の活動をモニタリングできる BCI 療法の独自の可能性を強調し、機能改善を促す神経可塑性のメカニズムに関する洞察を提供しています。現在の研究では、19 人の脳卒中患者が、上肢と下肢それぞれに 25 セッション以上、運動イメージ (MI)、機能的電気刺激 (FES)、3D アバターを含む BCI トレーニングを受けました。FES とアバターを通じてリアルタイムのフィードバックが提供されました。UE BCI 治療後、運動機能の向上や痙縮の軽減など、対象の四肢と日常活動に大幅な改善が見られました。その後の LE BCI 治療により、足首の痙縮、可動性、バランス、歩行速度がさらに改善され、連続治療によるさらなる利点が示されました。
プライバシー規制によりデータへのアクセスは制限されており、データセットへのアクセスのリクエストは責任者に直接行う必要があります。倫理的承認が得られ、参加者はインフォームド コンセントを提供しました。この研究の資金はオーストリアの FFG から提供されました。
