Training van de bovenste ledematen gevolgd door training van de onderste ledematen met een revalidatie systeem met een hersencomputerinterface

Beroerte Revalidatie blijft een belangrijk mondiaal gezondheidsprobleem, dat de sterfte- en arbeidsongeschiktheidscijfers beïnvloedt, ondanks de vooruitgang op het gebied van preventie en behandeling. Het motorisch herstel na een beroerte is vaak ontoereikend, waarbij veel overlevenden te maken krijgen met beperkingen aan de bovenste en onderste ledematen die de dagelijkse activiteiten beïnvloeden. Brain-computer interfaces (BCI’s) bieden een veelbelovende mogelijkheid voor motorische revalidatie, waarbij neurale activiteit wordt gebruikt om externe apparaten te besturen.

Deze studie onderzoekt de werkzaamheid van een BCI-systeem dat gebruik maakt van motorische beelden, functionele elektrische stimulatie (FES) en visuele feedback met behulp van een 3D-avatar bij het verbeteren van de functie van zowel de bovenste als de onderste ledematen bij patiënten met een beroerte. Negentien deelnemers ondergingen opeenvolgende BCI-behandelingen, waarbij voor en na elke behandeling beoordelingen werden uitgevoerd om de functionele resultaten te evalueren.

Lees het originele artikel in Frontiers

De studie implementeerde een nieuwe therapieaanpak voor patiënten met een beroerte, waarbij gebruik werd gemaakt van Brain-Computer Interface (BCI)-technologie in combinatie met functionele elektrische stimulatie (FES) en realistische visuele feedback in 3D-avatar. Patiënten droegen draadloze EEG-kappen met 16 actieve elektroden die de sensorimotorische cortex bedekten tijdens therapiesessies. Voor therapie voor de bovenste ledematen (UE) zaten de patiënten met hun onderarmen op een bureau met oppervlakte-FES-elektroden bevestigd aan polsextensoren. Tijdens de behandeling van de onderste ledematen (LE) zaten de patiënten met het aangedane been iets omhoog, en werden FES-elektroden op de dorsaalflexoren van de pols en de voet geplaatst.

BCI-enhanced Motor Imagery-therapie laat veelbelovende resultaten zien bij klinische beoordelingen

Tijdens therapiesessies hielden patiënten zich bezig met Motor Imagery (MI)-taken, waarbij ze dorsaalflexie van de betreffende zijde voorstelden. De BCI gaf synchrone visuele en proprioceptieve feedback als de MI-instructie overeenkwam met de geclassificeerde MI-kant. Therapiesessies bestonden uit drie runs met elk 40 MI-trials, en EEG-gegevens werden gebruikt om de classificator te trainen. Klinische beoordelingen omvatten schalen zoals Fugl-Meyer Assessment (FMA), Barthel Index (BI), gemodificeerde Ashworth Scale (MAS), 10-meter looptest (10MWT) en Timed Up and Go (TUG) -test. Er werden statistische analyses uitgevoerd om veranderingen in klinische schalen en BCI-prestaties te beoordelen.

Onderzoek onthult belangrijke patiëntkenmerken en behandelingsgegevens bij beroerte Revalidatie na een

Uitgangskenmerken van de patiënten vertoonden een mediane leeftijd van 53,1 jaar, met een mediane tijd sinds de beroerte van 23,6 maanden. De meeste patiënten hadden een ischemische beroerte met verschillende laesielocaties. De mediane FMA-UE-score vóór UE-behandeling was 19,0 punten. De mediane tijd tussen de behandelingen was 7,4 maanden, met een mediane loopsnelheid van 1,2 m/s vóór de LE-behandeling. Statistische analyses waren gericht op het evalueren van MI-leereffecten en de relatie tussen BCI-prestaties tijdens UE- en LE-behandelingen, waarbij p-waarden gecorrigeerd werden voor multipliciteit.

Verbeteringen na BCI-behandelingen voor bovenste en onderste ledematen

In de studie werden verbeteringen waargenomen in de motorische functie en de dagelijkse levensactiviteiten bij patiënten met een beroerte die een brain-computer interface (BCI)-behandeling ondergingen voor de bovenste ledematen (UE) en onderste ledematen (LE). Voor UE-behandeling vertoonden patiënten significante stijgingen in de Fugl-Meyer Assessment for Upper Extremity (FMA-UE)-scores (p < 0,001), Barthel Index (BI)-scores (p < 0,001) en verminderingen in pols- en vingerspasticiteit (p < 0,001). 0,001). Op vergelijkbare wijze resulteerde LE-behandeling in een verbeterde loopsnelheid (p = 0,001), BI-scores (p = 0,049) en verminderde enkelspasticiteit (p = 0,011).

Klinisch relevante drempels werden bereikt voor FMA-UE, BI, Modified Ashworth Scale (MAS), 10-meter looptest (10MWT) en Timed Up and Go Test (TUG). Er waren geen significante verschillen in BI- en FMA-UE-veranderingen tussen UE- en LE-behandelingen, maar de gecombineerde behandeling liet significante verbeteringen zien in zowel FMA-UE (p = 0,002) als BI (p = 0,007). De BCI-prestaties verbeterden tijdens UE-behandelingssessies (p = 0,020), maar niet tijdens LE-behandelingssessies (p = 0,102). De mediane BCI-prestaties waren hoger bij LE vergeleken met UE-behandeling (p = 0,020), met een matige correlatie tussen UE- en LE BCI-prestaties (ρ = 0,614, p = 0,020).

De studie evalueerde de effecten van Brain-Computer Interface (BCI)-behandelingen op de motorische functie van de bovenste extremiteit (UE) en onderste extremiteit (LE) bij patiënten met een beroerte. Voor UE-behandeling werd de Fugl-Meyer Assessment for Upper Extremity (FMA-UE) gebruikt, die een significante gemiddelde verbetering van 4,2 punten liet zien, met een gemiddelde verbetering van 22%. De meeste patiënten vertoonden, ondanks ernstige beperkingen, een opmerkelijke verbetering. Bovendien verbeterden de activiteiten van het dagelijks leven (ADL) en de spasticiteit van de pols, zelfs bij de patiënt die geen FMA-UE-verbetering vertoonde. Op vergelijkbare wijze vertoonde LE-behandeling een verbeterde loopsnelheid (10MWT) met gemiddeld 0,15 m/s, met een verbetering van 23%. Patiënten verbeterden ook in ADL’s en de enkelspasticiteit nam af.

De studie bracht vergelijkbare verbeteringen aan het licht met eerdere BCI-studies, hoewel gebruik werd gemaakt van bilaterale training en verschillende feedbackmechanismen. Ondanks ernstige beperkingen vertoonden de patiënten motivatie en aanzienlijke vooruitgang bij zowel UE- als LE-behandelingen. Bovendien bracht het onderzoek aanhoudende verbeteringen in de motorische functie aan het licht, zelfs na stopzetting van de behandeling. Patiënten meldden anekdotisch bewijs van verbeterde dagelijkse activiteiten, mobiliteit en kwaliteit van leven.

Toekomstige studies zijn gericht op het onderzoeken van langere behandelsessies en variaties in trainingsintensiteit. Opvallend is dat patiënten in de loop van de tijd leerprocessen en verbeteringen in MI-prestaties lieten zien, wat wijst op intrinsieke mogelijkheden voor het gebruik van BCI. Hoewel de BCI-prestaties over het algemeen hoger waren tijdens LE-behandeling, correleerde dit met de UE-behandelingsprestaties, wat erop wijst dat consistente patiëntspecifieke factoren de BCI-prestaties beïnvloeden. De nauwkeurigheid van de classificatie voor BCI-controle overtrof de significantiedrempels, vergelijkbaar met de prestaties bij gezonde individuen, wat de haalbaarheid en effectiviteit van BCI-interventies bij revalidatie na een beroerte aantoont.

Studie identificeert beperkingen in onderzoek naar training van hersenen en computerinterfaces in de bovenste ledematen

De huidige studie erkent bepaalde beperkingen die in toekomstig onderzoek moeten worden aangepakt. Hoewel de verbeteringen na de Brain-Computer Interface (BCI)-training van de bovenste extremiteit (UE) overeenkomen met bevindingen in de bestaande literatuur, beperkt het ontbreken van een afzonderlijke UE BCI-groep als controle de mogelijkheid om verbeteringen te vergelijken die zijn bereikt door patiënten die zowel UE als onderste extremiteit ondergaan. (LE) BCI-training tegen degenen die uitsluitend een LE BCI-training volgen. Hoewel de patiëntensteekproef heterogeniteit vertoont wat betreft het type beroerte en de locatie van de laesie, blijft de omvang bovendien klein, waardoor grotere cohorten noodzakelijk zijn voor meer omvattende inzichten in de waargenomen verbeteringen en hun correlatie met kenmerken van de beroerte.

Realtime monitoring onthult de rol van neuroplasticiteit bij functioneel herstel

Sebastián-Romagosa et al. (2020b) benadrukken het unieke potentieel van BCI-therapieën om de hersenactiviteit tijdens de behandeling te monitoren, en bieden inzicht in neuroplasticiteitsmechanismen die functionele verbeteringen aandrijven. In het huidige onderzoek ondergingen 19 patiënten met een beroerte BCI-training met motorische beelden (MI), functionele elektrische stimulatie (FES) en een 3D-avatar gedurende 25 sessies, elk voor de bovenste en onderste ledematen. Er werd realtime feedback gegeven via FES en de avatar. Significante verbeteringen in de beoogde ledematen en dagelijkse activiteiten werden opgemerkt na de UE BCI-behandeling, waaronder verbeteringen in de motorische functie en vermindering van spasticiteit. Daaropvolgende LE BCI-behandeling verbeterde de enkelspasticiteit, mobiliteit, balans en loopsnelheid verder, wat wijst op extra voordelen van opeenvolgende behandelingen.

De toegankelijkheid van gegevens is beperkt vanwege privacyregelgeving en verzoeken om toegang tot datasets moeten worden gericht aan de verantwoordelijke partij. Er werd ethische goedkeuring verkregen en de deelnemers gaven geïnformeerde toestemming. Financiering voor het onderzoek werd verstrekt door FFG, Oostenrijk.

Lees het originele artikel in Frontiers