เราจะฝึกสมองเพื่อช่วยผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองได้อย่างไร?

สิ่งพิมพ์

หลายคนที่เป็นโรคหลอดเลือดสมองมักมีปัญหาในการเคลื่อนไหว แม้ว่าจะได้รับการบำบัดด้วยผู้เชี่ยวชาญและวิธีการที่ดีที่สุดแล้วก็ตาม วิธีใหม่ๆ ในการบำบัดโรคหลอดเลือดสมองให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นสามารถช่วยให้ผู้ป่วยฟื้นตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น กลุ่มวิจัยบางกลุ่มได้พัฒนาระบบส่วนต่อประสานระหว่างสมองและคอมพิวเตอร์ (BCI) ที่สามารถวัดเมื่อผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองจินตนาการถึงการเคลื่อนไหวของมือโดยการบันทึกคลื่นสมอง เราพัฒนา BCI ที่ใช้การทำงานของสมองของผู้ป่วยแต่ละรายเพื่อควบคุมเครื่องกระตุ้นกล้ามเนื้อและจอภาพระหว่างการรักษา ผู้ป่วยได้รับข้อเสนอแนะที่คุ้มค่าระหว่างการรักษาเมื่อพวกเขาจินตนาการถึงการเคลื่อนไหวได้อย่างถูกต้อง เราทดสอบผู้ป่วย 51 ราย ซึ่งบางรายเป็นโรคหลอดเลือดสมองเมื่อหลายปีก่อน ผู้ป่วย 42 รายมีอาการดีขึ้นหลังการบำบัด โดยพิจารณาจากผลการทดสอบมาตรฐาน ดังนั้นการบำบัดด้วย BCI จึงสามารถช่วยผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองบางรายได้ เราคิดว่าจะมีความก้าวหน้ามากขึ้นในอีกหลายปีข้างหน้าซึ่งจะนำไปสู่การรักษาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยใช้ BCIs

เกิดอะไรขึ้นในสมองเมื่อคนเป็นโรคหลอดเลือดสมอง?

โรคหลอดเลือดสมองเป็นความเสียหายของสมองประเภทหนึ่งที่พบได้บ่อยขึ้นเนื่องจากผู้คนมีอายุยืนยาวขึ้น โรคหลอดเลือดสมองเกิดขึ้นเมื่อเส้นเลือดในสมองอุดตันหรือเริ่มมีเลือดออก ไม่ว่าในกรณีใด บางส่วนของสมองไม่ได้รับเลือดไปเลี้ยงตามที่ต้องการ ซึ่งอาจทำให้สมองเสียหายร้ายแรงได้ หลังจากเกิดโรคหลอดเลือดสมอง สิ่งสำคัญคือผู้ป่วยต้องไปโรงพยาบาลทันที บางครั้งแพทย์สามารถช่วยให้ผู้ป่วยฟื้นตัวจากความเสียหายของสมองบางส่วนได้ภายในสองสามวันหลังจากเกิดโรคหลอดเลือดสมอง อย่างไรก็ตาม แม้จะได้รับการรักษาในโรงพยาบาลแล้ว ผู้ป่วยจำนวนมากก็มีความเสียหายของสมองอย่างรุนแรงและยาวนาน และจำเป็นต้องได้รับการรักษาอย่างครอบคลุม

สมองประกอบด้วยสองซีก เรียกว่า ซีกซ้ายและซีกขวา โดยปกติแล้ว โรคหลอดเลือดสมองจะส่งผลต่อซีกโลกซีกเดียวเท่านั้น ดังนั้นผู้ที่รอดชีวิตจากโรคหลอดเลือดสมองบางรายจึงมีปัญหาในการเคลื่อนไหวร่างกายซีกซ้ายหรือขวา ในกรณีที่รุนแรง แขนและขาของผู้ป่วยด้านซ้ายหรือขวาอาจเป็นอัมพาตทั้งตัว ในรายที่เป็นไม่มาก ผู้ป่วยจะมีปัญหาเฉพาะแขนหรือขาเท่านั้น (ไม่ใช่ทั้ง 2 ข้าง) และสามารถเคลื่อนไหวได้เกือบทั้งหมดตามปกติ โรคหลอดเลือดสมองอาจทำให้เกิดปัญหาอื่นที่เรียกว่าเกร็ง หมายความว่ากล้ามเนื้อบางส่วนตึงเกินไป ผู้ป่วยอาจมีอาการปวด เคลื่อนไหวลำบาก เคลื่อนไหวโดยไม่ได้ตั้งใจ และปัญหาอื่นๆ

ความยากลำบากในการเคลื่อนไหวอาจนำไปสู่ความท้าทายมากมาย ผู้รอดชีวิตจากโรคหลอดเลือดสมองอาจไม่สามารถทำงานหรือเพลิดเพลินกับกีฬาหรืองานอดิเรกที่พวกเขาชื่นชอบได้ พวกเขาอาจต้องการความช่วยเหลือจากเพื่อนและครอบครัว และอาจมีปัญหาทางการเงินจากการสูญเสียงานและค่ารักษาพยาบาล ผู้รอดชีวิตจากโรคหลอดเลือดสมองบางคนรู้สึกไม่สบายใจเมื่อต้องอยู่ในที่สาธารณะ เพราะพวกเขาคิดว่าคนอื่นจะล้อพวกเขาเกี่ยวกับความพิการของพวกเขา นี่เป็นเพียงเหตุผลบางประการที่เราต้องการแนวทางและเทคโนโลยีที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อช่วยให้ผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองฟื้นคืนความสามารถในการเคลื่อนไหว

สมองและคอมพิวเตอร์ส่วนต่อประสานสามารถใช้ในการรักษาโรคหลอดเลือดสมองได้อย่างไร?

ลองนึกภาพผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองที่ไม่สามารถขยับมือข้างเดียวได้อีกต่อไป ในการรักษาผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมอง นักบำบัดมักขอให้ผู้ป่วยจินตนาการหรือพยายามเคลื่อนไหวมือบางประเภท การบำบัดหลายครั้งช่วยให้สมองเรียนรู้วิธีควบคุมมือที่ได้รับผลกระทบอีกครั้ง การวัดที่เรียกว่าอิเล็กโทรเอนฟาโลแกรม (EEG) ถูกนำมาใช้เป็นเวลาหลายปีเพื่อวัดกิจกรรมทางไฟฟ้าของสมอง [1] เทคนิคนี้ใช้แผ่นโลหะเล็กๆ ที่เรียกว่า อิเล็กโทรด ซึ่งวางอยู่บนศีรษะ EEG สามารถบอกเราได้ว่าส่วนไหนของสมองทำงานอยู่ ตัวอย่างเช่น การวางอิเล็กโทรดเหนือพื้นที่สมองที่รับผิดชอบการเคลื่อนไหวและความรู้สึก เราสามารถศึกษาการทำงานของสมองที่เกิดขึ้นเมื่อบุคคลเคลื่อนไหวหรือรู้สึกถึงความรู้สึก

recoverix rehabilitation of stroke patients setup

EEG สามารถใช้ร่วมกับส่วนต่อประสานระหว่างสมองและคอมพิวเตอร์ (BCI) เพื่อสร้างวิธีใหม่ในการรักษาโรคหลอดเลือดสมอง BCI เป็นระบบที่สามารถให้ข้อเสนอแนะตามเวลาจริงเกี่ยวกับการทำงานของสมองแก่ผู้เข้ารับการบำบัด ระบบ BCI สามารถตรวจพบเมื่อผู้ป่วยจินตนาการถึงการเคลื่อนไหวของมือที่ถูกต้อง และสามารถแจ้งให้ผู้ป่วยทราบว่าการเคลื่อนไหวเหล่านั้นถูกต้องหรือไม่ ตัวอย่างเช่น หากผู้ป่วยจินตนาการถึงการเคลื่อนไหวของมือซ้าย มือการ์ตูนบนจอภาพอาจเลียนแบบการเคลื่อนไหวนั้น ในขณะที่เครื่องกระตุ้นกล้ามเนื้อช่วยให้มือซ้ายเคลื่อนไหว ด้วยวิธีนี้ ผู้ป่วยจะได้รับข้อเสนอแนะที่คุ้มค่าจากระบบในขณะที่ทำการเคลื่อนไหวตามจินตนาการอย่างถูกต้อง การเห็นการเคลื่อนไหวของมือในขณะที่ยังรู้สึกว่ามือของพวกเขาเคลื่อนไหวสามารถช่วยกระตุ้นผู้ป่วยและกระตุ้นให้สมองของพวกเขาเรียนรู้การทำงานของมอเตอร์อีกครั้ง BCIs ประเภทอื่น ๆ ได้รับการพัฒนา การใช้ BCIs ในการบำบัดหลังเกิดโรคหลอดเลือดสมองสามารถนำไปสู่การเพิ่มความยืดหยุ่นของสมอง หมายความว่าสมองสามารถสร้างการเชื่อมต่อใหม่ที่ช่วยให้มันเรียนรู้ที่จะทำหน้าที่บางอย่างอีกครั้ง เช่น การขยับมือโดยไม่มีอาการกระตุกหรือความยากลำบากอื่นๆ

เราทำการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ของ recoveriX ได้อย่างไร?

เราขอให้ผู้ป่วย 51 รายเข้าร่วมการศึกษาของเรา ผู้ป่วยเหล่านี้มีอายุเฉลี่ย 61 ปี และมีโรคหลอดเลือดสมองเฉลี่ย 37 เดือนก่อนการศึกษา บางคนเชื่อว่าผู้ป่วยที่เป็นโรคหลอดเลือดสมองมานานกว่า 12 เดือนอาจจะไม่ดีขึ้น แต่เราตั้งสมมติฐานเป็นอย่างอื่น

ผู้ป่วยเข้าร่วมการประเมินล่วงหน้าสองครั้งก่อนการรักษา ในการประเมินล่วงหน้า เราได้ทำการทดสอบเพื่อศึกษาทักษะการเคลื่อนไหวและปัจจัยอื่นๆ ของผู้ป่วยแต่ละราย การประเมินล่วงหน้าทำใน 2 วันที่แตกต่างกัน โดยห่างกัน 1 เดือน เพื่อให้แน่ใจว่าเรามีความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับความสามารถของผู้ป่วยก่อนการบำบัด จากนั้น ผู้ป่วยเข้าร่วมการบำบัดด้วย BCI 25 ถึง 31 ครั้งกับนักบำบัดที่มีใบอนุญาต แต่ละครั้งใช้เวลาประมาณ 1 ชั่วโมง และผู้ป่วยส่วนใหญ่ทำ 2 ครั้งต่อสัปดาห์ (รูปที่ 1) หลังจากนั้น เราทำการประเมินภายหลัง 3 ครั้งเพื่อศึกษาว่าผู้ป่วยแต่ละรายเปลี่ยนไปอย่างไร การประเมินหลังครั้งแรกทำทันทีหลังจากการบำบัดครั้งสุดท้าย และการประเมินหลังอื่นๆ จะทำใน 1 และ 6 เดือนต่อมา

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.

รูปที่ 1 – ในการรักษาด้วย BCI ผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองจะสวมหมวกอิเล็กโทรดและดูจอภาพซึ่งภาพ เช่น การขยับมือ ช่วยให้พวกเขาเรียนรู้วิธีการเคลื่อนไหวอีกครั้ง BCI อ่านสัญญาณไฟฟ้าจากสมอง รวมถึงสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวและความรู้สึกสัมผัส (พื้นที่สี) และให้ข้อเสนอแนะแก่ผู้ป่วยบนจอภาพเมื่อการเคลื่อนไหวดำเนินไปอย่างถูกต้อง นอกจากนี้ยังมีอิเล็กโทรดกระตุ้นที่ติดอยู่กับผู้ป่วยซึ่งช่วยให้เขาหรือเธอทำการเคลื่อนไหวแต่ละครั้ง การบำบัดด้วย BCI นำไปสู่การปรับปรุงการทำงานของมอเตอร์ เนื่องจากเซลล์ประสาทพบการเชื่อมต่อใหม่ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าปั้นของสมอง

recoveriX ตรวจพบอะไรจากสมอง?

เราสำรวจผลของการรักษาด้วย BCI โดยการวัดปัจจัยสามประการ:

    • ความแม่นยำของ BCI
    • กิจกรรมของสมอง
    • ความเคลื่อนไหว

ความแม่นยำของ BCI เป็นวิธีวัดการมีส่วนร่วมของผู้ป่วยแต่ละรายในงานภาพถ่ายยนต์ ความแม่นยำของ BCI สูงบ่งชี้ว่าผู้ป่วยให้ความสนใจกับงานและจินตนาการถึงการเคลื่อนไหวได้อย่างถูกต้อง หากผู้ป่วยไม่ได้จินตนาการถึงการเคลื่อนไหวใด ๆ ความแม่นยำของ BCI จะอยู่ที่ประมาณ 50% ดังนั้น ความแม่นยำต่ำอาจบ่งชี้ว่าผู้ป่วยไม่ได้มีส่วนร่วมหรือจินตนาการถึงการเคลื่อนไหวไม่ถูกต้อง จากนั้นนักบำบัดอาจฝึกสอนผู้ป่วยเพื่อช่วยปรับปรุงความแม่นยำของ BCI (รูปที่ 2A).

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

รูปที่ 2 – (A) ความแม่นยำของ BCI จากการบำบัด 1 ถึง 31 สำหรับผู้ป่วยรายหนึ่ง ในตอนแรก ความแม่นยำของ BCI เมื่อจำแนกการเคลื่อนไหวด้วยมือซ้ายกับมือขวาคือ 65% ความแม่นยำดีขึ้นด้วยการบำบัดเพิ่มเติมและถึง 100% ในเซสชั่น 25 (B) การกระตุ้นสมองก่อนและหลังการบำบัดด้วย BCI 31 ครั้ง สีขาวก่อนการบำบัดบ่งชี้ว่าสมองไม่มีการกระตุ้นให้เกิดการเคลื่อนไหวของมือและนิ้ว ในขณะที่สีแดงหลังการบำบัดบ่งชี้ว่าสมองมีการกระตุ้นมากขึ้น C3 เป็นชื่อของตำแหน่งอิเล็กโทรดเหนือพื้นที่สมองที่รับผิดชอบการเคลื่อนไหวของมือขวา

กิจกรรมของสมองจะถูกวัดตลอดการบำบัดด้วย BCI โดยปกติแล้ว ในช่วงเริ่มต้นของการบำบัด พื้นที่เคลื่อนไหวของสมองจะไม่ทำงานร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพ ในช่วงหลายสัปดาห์ของการบำบัด เรามักจะเห็นว่าส่วนการเคลื่อนไหวในสมองมีการเคลื่อนไหวมากขึ้น (รูปที่ 2B) สีใน รูปที่ 2B บ่งชี้ถึงการกระตุ้นสมองที่ความถี่ต่างๆ เหนือพื้นที่ที่มีความสำคัญต่อการเคลื่อนไหว แกน x ระบุเวลาในแต่ละการทดลอง พื้นที่ถัดไปทางด้านขวาระบุเวลาในภายหลังในการพิจารณาคดี แกน y สะท้อนความถี่ต่างๆ พื้นที่ด้านล่างของกราฟคือความถี่ที่ต่ำกว่า (ระบุด้วยตัวอักษรกรีก mu) และบริเวณที่สูงกว่าของกราฟคือความถี่ที่สูงกว่า (ระบุด้วยตัวอักษรกรีก beta)

YouTube

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

Load video

ผลที่สำคัญที่สุดของการรักษาด้วย BCI คือการช่วยให้ผู้ป่วยสามารถเคลื่อนไหวได้อีกครั้งmovement. รูปที่ 3A ผลที่สำคัญที่สุดของการรักษาด้วย BCI คือการช่วยให้ผู้ป่วยสามารถเคลื่อนไหวได้อีกครั้ง รูปที่ 3A แสดงเครื่องมือที่นักบำบัดและนักวิทยาศาสตร์ใช้ในการทดสอบการเคลื่อนไหวของข้อมือและมือ เรียกว่า Nine-Hole Peg Test เนื่องจากผู้ป่วยต้องหยิบหมุดเล็กๆ เก้าตัว และใส่ลงในรูเล็กๆ เก้ารู เราขอให้ผู้ป่วยทำการทดสอบนี้ด้วยมือทั้งสองข้างหลายๆ ครั้งตลอดกระบวนการบำบัด และเราติดตามเวลาที่ใช้ในการทดสอบจนเสร็จสิ้น หากการบำบัดด้วย BCI ช่วยให้ผู้ป่วยกลับมาเคลื่อนไหวได้ เราเห็นเวลาที่ผู้ป่วยรายนั้นทำการทดสอบนี้ลดลงตลอดช่วงการบำบัด ((รูปที่ 3B)).

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

รูปที่ 3 – (A) การทดสอบ Nine-Hole Peg สามารถใช้ทดสอบการเคลื่อนไหวของข้อมือและมือได้(B) ผลลัพธ์แสดงการปรับปรุงการเคลื่อนไหวของมือของผู้ป่วยรายหนึ่งในระหว่างการรักษาด้วย BCI เวลาในการทำงานด้วยมือ (ขวา) ที่ได้รับผลกระทบลดลงจาก 7 นาที 26 วินาทีเมื่อเริ่มการบำบัดเป็น 1 นาที 14 วินาทีหลังจากการบำบัด 28 ครั้ง (C) สรุปการทดสอบการทำงานของมอเตอร์ทั้งหมดสำหรับผู้ป่วยทุกรายที่ศึกษา หากแถบสูงกว่าศูนย์ แสดงว่าการเคลื่อนไหวดีขึ้นหลังการบำบัด ผู้ป่วย 49 รายมีอาการดีขึ้น ในขณะที่มีผู้ป่วยเพียง 2 รายเท่านั้นที่มีการเคลื่อนไหวลดลง

 

 

เราใช้การทดสอบหลายอย่างนอกเหนือจากการทดสอบหมุดเก้ารูเพื่อวัดความเจ็บปวด การเกร็ง สมาธิ ความจำ และความสามารถในการเคลื่อนไหวต่างๆ ของผู้ป่วยโดยมีหรือไม่มีความช่วยเหลือ การทดสอบบางอย่างเป็นเพียงแบบสอบถามที่ถามเกี่ยวกับกิจวัตรประจำวัน เช่น ผู้ป่วยสามารถใส่เสื้อยืดได้โดยไม่ต้องมีคนช่วยหรือไม่ เราทำการทดสอบ 18 ครั้งกับผู้ป่วยทุกราย และคะแนนการทดสอบรวมที่สูงขึ้นบ่งชี้ว่าการทดสอบเหล่านี้มีการปรับปรุงที่ดีขึ้น (รูปที่ 3C). ผลลัพธ์ของเราแสดงให้เห็นว่าการบำบัดด้วย BCI ช่วยให้ผู้ป่วยส่วนใหญ่สามารถเคลื่อนไหวได้อีกครั้ง และ/หรือลดอาการเกร็งของมือและแขน เราพบว่าการบำบัดได้ผลดีกว่าสำหรับผู้ป่วยที่มีความแม่นยำมากกว่า 80% การรักษาด้วย BCI ได้ผลหลายปีหลังจากผู้ป่วยเป็นโรคหลอดเลือดสมอง ผู้ป่วยรายหนึ่งเข้าร่วม 31 ปีหลังจากเกิดโรคหลอดเลือดสมองและยังคงดีขึ้น! ผลลัพธ์ของเราบอกเราว่าการบำบัดด้วย BCI ช่วยให้สมองของผู้ป่วยเรียนรู้วิธีควบคุมการเคลื่อนไหวได้ดีขึ้น

จนถึงตอนนี้งานของเรามุ่งเน้นไปที่การฟื้นฟูแขนและมือ ในอนาคต เราจะใช้การบำบัดด้วย BCI กับผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองที่ขาได้รับผลกระทบ เพื่อปรับปรุงความเร็วในการเดิน โรคหลอดเลือดสมองสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อผู้คนในหลาย ๆ ด้าน ดังนั้นจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องค้นหาวิธีใหม่ ๆ เพื่อช่วยให้พวกเขาฟื้นตัว ด้วยการวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติมจากกลุ่มของเราและกลุ่มอื่น ๆ เราหวังว่าจะพัฒนาวิธีการและอุปกรณ์การบำบัดที่ดีขึ้น เพื่อให้ผู้ป่วยสามารถเคลื่อนไหวเพื่อการทำงาน ความสนุกสนาน กิจกรรมทางสังคม และกิจกรรมในชีวิตประจำวันได้อีกครั้งบทความนี้เผยแพร่ใน Frontiers For Young Minds วันที่ 1 ตุลาคม 2021.

อภิธานศัพท์

ซีกโลก: สมองซีกขวาและซีกซ้าย ซีกซ้ายควบคุมการเคลื่อนไหวทางด้านขวาของร่างกายและในทางกลับกัน
ความยืดหยุ่น: ความผิดปกตินี้อาจรวมถึงอาการกระตุก (การเคลื่อนไหวโดยไม่สมัครใจ) กล้ามเนื้อแข็งหรือตึง ความเจ็บปวด และปฏิกิริยาตอบสนองที่ไวเกิน ผู้คนอาจมีปัญหาเกี่ยวกับท่าทาง การเดิน กิจวัตรประจำวันทั่วไป และการเคลื่อนไหวอื่นๆ
Electroencephalogram (EEG): การวัดกิจกรรมทางไฟฟ้าตามธรรมชาติที่ผลิตโดยสมอง โดยใช้อิเล็กโทรดที่วางไว้บนศีรษะ
อิเล็กโทรด: เซ็นเซอร์ขนาดเล็กที่ตรวจจับการทำงานของสมอง โดยทั่วไปแล้ว อิเล็กโทรด EEG จะเป็นแผ่นโลหะขนาดเล็กซึ่งติดตั้งอยู่ในฝาปิด ซึ่งไม่ทะลุผ่านผิวหนังและไม่ทำให้เกิดความเจ็บปวด
ส่วนต่อประสานระหว่างสมองกับคอมพิวเตอร์ (BCI): ระบบที่ใช้การวัดการทำงานของสมองโดยตรงเพื่อให้การสื่อสารและการควบคุมแบบเรียลไทม์ BCIs ส่วนใหญ่ใช้ EEG เพื่อวัดการทำงานของสมอง
ฟังก์ชั่นมอเตอร์: ความสามารถในการเคลื่อนไหวส่วนต่างๆ ของร่างกาย
ความเป็นพลาสติกของสมอง: ความสามารถที่โดดเด่นของสมองในการเปลี่ยนแปลงตัวเองเพื่อปรับให้เข้ากับข้อมูลและสถานการณ์ใหม่ เช่น การบำบัด ความสามารถนี้ช่วยให้ผู้คนฟื้นตัวจากโรคหลอดเลือดสมองและการบาดเจ็บอื่นๆ