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

EEG can be combined with a brain-computer interface (BCI) to create a new kind of stroke therapy. A BCI is a system that can provide real-time feedback about the brain’s activity to the person receiving therapy. The BCI system can detect when patients imagine the correct hand movements and can let the patients know whether those movements are correct. For example, if the patient imagines a left-hand movement, then a cartoon hand on the monitor might mimic that movement, while a muscle stimulator helps the left hand to move. This way, the patient only gets rewarding feedback from the system while performing the imagined movement correctly. Seeing a cartoon hand move while also feeling their own hands move can help motivate patients and encourage their brains to relearn motor functions. Many other types of BCIs have been developed. Using BCIs in post-stroke therapy can lead to increased brain plasticity, meaning that the brain can create new connections that help it learn to perform certain functions again, such as moving the hand without spasms or other difficulties.

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

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).

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)

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)).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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
Electroence-Phalogram (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