Тренировка верхних конечностей с последующей тренировкой нижних конечностей с использованием реабилитационной системы «интерфейс мозг-компьютер»

Инсульт остается важной глобальной проблемой здравоохранения, влияющей на показатели смертности и инвалидности, несмотря на достижения в профилактике и лечении. Восстановление моторики после инсульта часто бывает недостаточным, и многие выжившие сталкиваются с нарушениями верхних и нижних конечностей, влияющими на повседневную деятельность. Интерфейсы мозг-компьютер (BCI) предлагают многообещающий путь для реабилитации моторики, используя нейронную активность для управления внешними устройствами. В этом исследовании изучается эффективность системы BCI, использующей двигательные образы, функциональную электрическую стимуляцию (FES) и визуальную обратную связь с использованием 3D-аватара для улучшения функции как верхних, так и нижних конечностей у пациентов, перенесших инсульт. Девятнадцать участников прошли последовательное лечение BCI, при этом оценки проводились до и после каждого лечения для оценки функциональных результатов.

Прочитайте оригинальную статью в frontiers

Исследование реализовало новый подход к терапии для пациентов с инсультом с использованием технологии интерфейса мозг-компьютер (BCI) в сочетании с функциональной электростимуляцией (FES) и реалистичной визуальной обратной связью в виде 3D-аватара. Пациенты носили беспроводные шапочки ЭЭГ с 16 активными электродами, покрывающими сенсомоторную кору во время сеансов терапии. Для терапии верхних конечностей (UE) пациенты сидели, положив предплечья на стол, а поверхностные электроды FES были прикреплены к разгибателям запястья. Во время терапии нижних конечностей (LE) пациенты сидели, слегка приподняв пораженную ногу, а электроды FES были размещены на тыльных сгибателях запястья и стопы.

Терапия с использованием двигательного воображения с использованием BCI показывает многообещающие результаты в клинических оценках

Во время сеансов терапии пациенты выполняли задания по двигательному воображению (MI), представляя дорсифлексию соответствующей стороны. BCI обеспечивал синхронную визуальную и проприоцептивную обратную связь, если инструкция MI соответствовала классифицированной стороне MI. Сеансы терапии состояли из трех сеансов с 40 испытаниями MI каждый, и данные ЭЭГ использовались для обучения классификатора. Клинические оценки включали такие шкалы, как оценка Fugl-Meyer (FMA), индекс Barthel (BI), модифицированная шкала Ashworth (MAS), тест 10-метровой ходьбы (10MWT) и тест Timed Up and Go (TUG). Статистический анализ проводился для оценки изменений в клинических шкалах и производительности BCI.

Исследование раскрывает ключевые характеристики пациентов и показатели лечения в реабилитации после инсульта

Исходные характеристики пациентов показали медианный возраст 53,1 года, медианное время с момента инсульта 23,6 месяца. У большинства пациентов был ишемический инсульт с различными локализациями поражения. Медианный балл FMA-UE до лечения UE составил 19,0 баллов. Медианный интервал между процедурами составил 7,4 месяца, медианная скорость ходьбы 1,2 м/с до лечения LE. Статистический анализ был направлен на оценку эффектов обучения МИ и взаимосвязи между эффективностью BCI во время лечения УЭ и ЛЕ, при этом значения p были скорректированы с учетом множественности.

Улучшения после лечения BCI для верхних и нижних конечностей

Исследование наблюдало улучшение двигательной функции и повседневной активности у пациентов с инсультом, проходящих лечение интерфейсом мозг-компьютер (BCI) для верхних конечностей (UE) и нижних конечностей (LE). При лечении UE у пациентов наблюдалось значительное увеличение оценок по шкале оценки верхней конечности Фугля-Майера (FMA-UE) (p < 0,001), индекса Бартеля (BI) (p < 0,001) и снижение спастичности запястья и пальцев (p < 0,001). Аналогичным образом лечение LE привело к улучшению скорости походки (p = 0,001), оценок BI (p = 0,049) и снижению спастичности голеностопного сустава (p = 0,011).

Клинически значимые пороговые значения были достигнуты для FMA-UE, BI, модифицированной шкалы Эшворта (MAS), теста ходьбы на 10 метров (10MWT) и теста на время «встань и иди» (TUG). Не было выявлено существенных различий в изменениях BI и FMA-UE между лечением UE и LE, но комбинированное лечение показало значительные улучшения как в FMA-UE (p = 0,002), так и в BI (p = 0,007). Производительность BCI улучшилась во время сеансов лечения UE (p = 0,020), но не во время сеансов лечения LE (p = 0,102). Медианная производительность BCI была выше при лечении LE по сравнению с лечением UE (p = 0,020) с умеренной корреляцией между показателями BCI UE и LE (ρ = 0,614, p = 0,020).

Исследование оценивало влияние лечения интерфейсом мозг-компьютер (BCI) на двигательную функцию верхних конечностей (UE) и нижних конечностей (LE) у пациентов с инсультом. Для лечения UE использовалась оценка верхней конечности по Фуглю-Майеру (FMA-UE), которая показала значительное среднее улучшение на 4,2 балла, со средним улучшением на 22%. Большинство пациентов, несмотря на серьезные нарушения, продемонстрировали заметное улучшение. Кроме того, улучшились показатели повседневной активности (ADL) и спастичности запястья, даже у пациента, у которого не было улучшений FMA-UE. Аналогичным образом, лечение LE показало повышение скорости ходьбы (10MWT) в среднем на 0,15 м/с, с улучшением на 23%. Пациенты также улучшили показатели ADL, а спастичность голеностопного сустава снизилась.

Исследование выявило сопоставимые улучшения с предыдущими исследованиями BCI, хотя и с использованием двусторонней тренировки и различных механизмов обратной связи. Несмотря на серьезные нарушения, пациенты продемонстрировали мотивацию и значительный прогресс как в лечении UE, так и в лечении LE. Более того, исследование выявило устойчивые улучшения двигательной функции даже после прекращения лечения. Пациенты сообщили об анекдотических свидетельствах улучшения повседневной активности, подвижности и качества жизни.

Будущие исследования направлены на изучение расширенных сеансов лечения и изменений интенсивности тренировок. В частности, пациенты продемонстрировали обучение и улучшение показателей MI с течением времени, что указывает на внутренние возможности использования BCI. Хотя показатели BCI в целом были выше во время лечения LE, они коррелировали с показателями лечения UE, что предполагает наличие постоянных факторов, специфичных для пациента, влияющих на показатели BCI. Точность классификации для контроля BCI превысила пороговые значения, сопоставимые с показателями у здоровых людей, что демонстрирует осуществимость и эффективность вмешательств BCI в реабилитацию после инсульта.

Исследование выявляет ограничения в исследовании обучения интерфейсу мозг-компьютер верхней конечности

Текущее исследование признает определенные ограничения, которые следует рассмотреть в будущих исследованиях. Хотя улучшения после обучения интерфейсу мозг-компьютер верхней конечности (UE) соответствуют результатам в существующей литературе, отсутствие отдельной группы UE BCI в качестве контроля ограничивает возможность сравнения улучшений, достигнутых пациентами, проходящими как обучение UE, так и обучение интерфейсу мозг-компьютер нижней конечности (LE), с теми, кто проходит обучение только LE BCI. Кроме того, хотя выборка пациентов демонстрирует неоднородность по типу инсульта и локализации поражения, ее размер остается небольшим, что требует более крупных когорт для более полного понимания наблюдаемых улучшений и их корреляции с характеристиками инсульта.

Мониторинг в реальном времени раскрывает роль нейропластичности в функциональном восстановлении

Себастьян-Ромагоса и др. (2020b) подчеркивают уникальный потенциал терапии BCI для мониторинга активности мозга во время лечения, предлагая понимание механизмов нейропластичности, определяющих функциональные улучшения. В текущем исследовании 19 пациентов с инсультом прошли обучение BCI, включающее двигательное воображение (MI), функциональную электростимуляцию (FES) и 3D-аватар в течение 25 сеансов для верхних и нижних конечностей. Обратная связь в реальном времени обеспечивалась посредством FES и аватара. После лечения UE BCI были отмечены значительные улучшения в целевых конечностях и повседневной активности, включая улучшение двигательных функций и снижение спастичности. Последующее лечение LE BCI еще больше улучшило спастичность голеностопного сустава, подвижность, равновесие и скорость ходьбы, что указывает на дополнительные преимущества последовательного лечения.

Доступность данных ограничена из-за правил конфиденциальности, и запросы на доступ к наборам данных должны быть направлены ответственной стороне. Было получено этическое одобрение, и участники предоставили информированное согласие. Финансирование исследования было предоставлено FFG, Австрия.

Прочитайте оригинальную статью в frontiers