דימוי מוטורי ממשק מוח-מחשב בשיקום תפקוד מוטורי לקוי בגפיים העליונות לאחר שבץ מוחי
Summary
מטרת מחקר זה היא לספק התייחסות חשובה לפעולה הקלינית הסטנדרטית של ממשק מוח-מחשב של דימוי מוטורי (MI-BCI) עבור תפקוד מוטורי לקוי של הגפיים העליונות לאחר שבץ.
Abstract
ההשפעה השיקומית של חולים עם תפקוד מוטורי בינוני או חמור של הגפיים העליונות לאחר שבץ מוחי היא ירודה, ועמדה במוקד המחקר בשל הקשיים בהם נתקלו. ממשק מוח-מחשב (BCI) מייצג טכנולוגיה חמה בחזית במחקר מדעי המוח. הוא מתייחס להמרה ישירה של התפיסה החושית, הדימוי, הקוגניציה והחשיבה של משתמשים או נבדקים לפעולות, ללא הסתמכות על עצבים או שרירים היקפיים, כדי ליצור ערוצי תקשורת ושליטה ישירים בין המוח למכשירים חיצוניים. ממשק מוח-מחשב של דימוי מוטורי (MI-BCI) הוא היישום הקליני הנפוץ ביותר של שיקום כאמצעי שיקום לא פולשני. מחקרים קליניים קודמים אישרו כי MI-BCI משפר באופן חיובי תפקוד מוטורי בחולים לאחר שבץ. עם זאת, חסרה הדגמה של פעולה קלינית. לשם כך, מחקר זה מתאר בפירוט את הטיפול ב- MI-BCI בחולים עם תפקוד בינוני וחמור של הגפיים העליונות לאחר שבץ מוחי ומראה את השפעת ההתערבות של MI-BCI באמצעות הערכת תפקוד קליני ותוצאות הערכת תפקוד המוח, ובכך מספק רעיונות והפניות ליישום שיקום קליני ומחקר מנגנון.
Introduction
כמעט 85% מחולי השבץ סובלים מתפקוד מוטורילקוי 1, במיוחד בשל ההשפעה השיקומית המוגבלת של חולים עם תפקוד מוטורי בינוני וחמור של הגפיים העליונות, המשפיעה קשות על יכולתם של החולים לחיות חיי יום יום עצמאיים ומהווה מוקד וקושי במחקר. ממשק מוח-מחשב לא פולשני (BCI) ידוע כטיפול מתפתח לשיקום תפקוד מוטורי לקוי לאחר שבץמוחי 2. ממשק מוח-מחשב הוא המרה ישירה של תפיסה חושית, דמיון, קוגניציה וחשיבה של משתמשים או נבדקים לפעולות, ללא הסתמכות על עצבים היקפיים או שרירים, כדי ליצור ערוצי תקשורת ובקרה ישירים בין המוח להתקנים חיצוניים3. כיום, הפרדיגמות של BCI לשיקום קליני כוללות דימויים מוטוריים (MI), פוטנציאלים מעוררים חזותיים במצב יציב (SSVEP), ופוטנציאלים מעוררים שמיעתיים (AEP) P3004, כאשר הנפוץ והנוח ביותר הוא ממשק מוח-מחשב של דימוי מוטורי (MI-BCI). MI היא התערבות המשתמשת בדימויים מוטוריים חזותיים/קינסתטיים כדי לדמיין ביצוע משימות מוטוריות (כגון תנועות יד, זרוע או רגל). מצד אחד, מחקרים קודמים הראו כי הפעלה של קליפת המוח המוטורית הקשורה במהלך MI דומה לביצוע מוטורי בפועל5. מצד שני, בניגוד לפרדיגמות אחרות, MI יכול להפעיל אזור מסוים של פעילות באמצעות זיכרון מוטורי ללא כל גירוי חיצוני לשיפור התפקוד המוטורי; זה תורם ליישום בחולי שבץ, במיוחד בשילוב עם תפקוד לקוי של שמיעה6.
יתר על כן, MI-BCI הוכח כבעל השפעה חיובית על שיפור תפקוד מוטורי בחולי שבץ. צ’נג ועמיתיו דיווחו כי בהשוואה להתערבות רובוטית רכה פשוטה, הכפפה הרובוטית הרכה המבוססת על MI-BCI בשילוב עם משימות המכוונות לפעילויות חיי היומיום הראו שיפור תפקודי ברור יותר וחוויה קינסתטית מתמשכת יותר בחולי שבץ כרוני לאחר 6 שבועות של התערבות. יתר על כן, הוא גם הצליח לעורר את התפיסה של תנועות מוטוריות7. בנוסף, אנג ועמיתיו כללו 21 חולי שבץ כרוני עם תפקוד לקוי בינוני עד חמור של הגפיים העליונות לצורך התערבות אקראית. התפקוד הקליני הוערך לפני ואחרי התערבות על ידי הערכת פוגל-מאייר של הגפיים העליונות (FMA-UE). התוצאות הראו כי בהשוואה להתערבות רובוטית פשוטה של ידית הפטית (HK) (קבוצת HK) והתערבות סטנדרטית לטיפול בזרועות (קבוצת SAT), אפקט רווח התנועה של HK המבוסס על התערבות MI-BCI (קבוצת BCI-HK) היה טוב משמעותית מזה של שתי הקבוצות האחרות8. עם זאת, הפעולה הספציפית של MI-BCI עדיין דורשת סטנדרטים נורמטיביים, ויש להבין את מנגנון העיצוב מחדש העצבי, המגביל את היישום הקליני והקידום של MI-BCI. לכן, על ידי הצגת תהליך ההתערבות של MI-BCI בחולה שבץ גבר בן 36 עם תפקוד מוטורי בגפיים העליונות, מחקר זה יסכם את השינויים בתוצאות התפקודיות ואת העיצוב מחדש של תפקוד המוח לפני ואחרי ההתערבות כדי להדגים את תהליך הפעולה המלא של MI-BCI ולספק רעיונות והפניות ליישום שיקום קליני ומחקר מנגנון.
Protocol
Representative Results
Discussion
תקופת השיקום לתפקוד מוטורי בינוני וחמור של הגפיים העליונות לאחר שבץ מוחי ארוכה וההחלמה קשה, דבר שעמד מאז ומתמיד במוקד המחקר השיקומי הקליני18. אימון מסורתי לשיקום גפיים עליונות הוא לרוב התערבות היקפית פשוטה או התערבות מרכזית19. בינתיים, בשל היעדר השתתפות פעילה של ח…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע של מחוז גואנגדונג (No.2023A1515010586), פרויקט בניית טכנולוגיה אופיינית קלינית גואנגזו (2023C-TS19), פרויקט תכנון מדעי החינוך של מחוז גואנגדונג (No.2022GXJK299), תוכנית ההדרכה הכללית של בריאות עירונית גואנגזו ותכנון המשפחה (20221A011109, 20231A011111), 2022 גואנגג’ואו השכלה גבוהה איכות הוראה ורפורמה בהוראה פרויקט הרפורמה בהוראה להשכלה גבוהה פרויקט כללי (No.2022JXGG088/02-408-2306040XM), 2022 פרויקט תוכנית לשיפור יכולת החדשנות של סטודנטים באוניברסיטה הרפואית גואנגז’ו (No.PX-66221494/02-408-2304-19062XM), פרויקט תכנון מדעי החינוך ברמת בית הספר 2021 (2021: NO.45), 2023 קרן בנייה גדולה לתואר ראשון מהשורה הראשונה של אוניברסיטה ברמה גבוהה (2022JXA009, 2022JXD001, 2022JXD003)/(02-408-2304-06XM), פרויקט מחקר אוניברסיטאי של לשכת החינוך של גואנגזו (מס ‘202235384), 2022 פרויקט איכות הוראה ורפורמת הוראה לתואר ראשון של האוניברסיטה הרפואית גואנגזו (2022 מס ’33), הקרן הלאומית למדע של מחוז גואנגדונג (מס ‘2021A1515012197), וקרן גואנגג’ואו והאוניברסיטה (מס ‘202102010100).
Materials
| MI-BCI | Rui Han, China | RuiHan Bangde | NA |
| E-Prime | version 3.0 | behavioral research software. | |
| fNIRS | Hui Chuang, China | NirSmart-500 | NA |
| NirSpark | preprocess near-infrared data |
References
- Dawson, J., et al. Vagus nerve stimulation paired with rehabilitation for upper limb motor function after ischaemic stroke (VNS-REHAB): a randomised, blinded, pivotal, device trial. Lancet. 397 (10284), 1545-1553 (2021).
- Lin, Q., et al. The Frequency Effect of the Motor Imagery Brain Computer Interface Training on Cortical Response in Healthy Subjects: A Randomized Clinical Trial of Functional Near-Infrared Spectroscopy Study. Frontiers in Neuroscience. 16, 810553 (2022).
- Carino-Escobar, R. I., et al. Longitudinal Analysis of Stroke Patients’ Brain Rhythms during an Intervention with a Brain-Computer Interface. Neural Plasticity. 2019, 7084618 (2019).
- Mane, R., Chouhan, T., Guan, C. BCI for stroke rehabilitation: motor and beyond. Journal of Neural Engineering. 17 (4), 041001 (2020).
- Khan, M. A., Das, R., Iversen, H. K., Puthusserypady, S. Review on motor imagery based BCI systems for upper limb post-stroke neurorehabilitation: From designing to application. Computers In Biology And Medicine. 123, 103843 (2020).
- Hendricks, H. T., van Limbeek, J., Geurts, A. C., Zwarts, M. J. Motor recovery after stroke: a systematic review of the literature. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 83 (11), 1629-1637 (2002).
- Cheng, N., et al. Brain-Computer Interface-Based Soft Robotic Glove Rehabilitation for Stroke. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 67 (12), 3339-3351 (2020).
- Ang, K. K., et al. Brain-computer interface-based robotic end effector system for wrist and hand rehabilitation: results of a three-armed randomized controlled trial for chronic stroke. Frontiers in Neuroengineering. 7, 30 (2014).
- Nuwer, M. R., et al. IFCN standards for digital recording of clinical EEG. The International Federation of Clinical Neurophysiology. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 52, 11-14 (1999).
- Klem, G. H., Lüders, H. O., Jasper, H. H., Elger, C. The ten-twenty electrode system of the International Federation. The International Federation of Clinical Neurophysiology. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 52, 3-6 (1999).
- Uwe Herwig, ., Peyman Satrapi, ., Schönfeldt-Lecuona, C. Using the international 10-20 EEG system for positioning of transcranial magnetic stimulation. Brain Topography. , (2003).
- Mane, R., Robinson, N., Vinod, A. P., Lee, S. W., Guan, C. A Multi-view CNN with Novel Variance Layer for Motor Imagery Brain Computer Interface. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2020, 2950-2953 (2020).
- Sanford, J., Moreland, J., Swanson, L. R., Stratford, P. W., Gowland, C. Reliability of the Fugl-Meyer assessment for testing motor performance in patients following stroke. Physical Therapy. 73 (7), 447-454 (1993).
- Martinez, C., et al. A Reaching Performance Scale for 2 Wolf Motor Function Test Items. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 101 (11), 2015-2026 (2020).
- Dufouil, C., et al. Population norms for the MMSE in the very old: estimates based on longitudinal data. Mini-Mental State Examination. Neurology. 55 (11), 1609-1613 (2000).
- Thompson, E. Hamilton Rating Scale for Anxiety (HAM-A). Occupational Medicine. 65 (7), 601 (2015).
- Zimmerman, M., Martinez, J. H., Young, D., Chelminski, I., Dalrymple, K. Severity classification on the Hamilton Depression Rating Scale. Journal of Affective Disorders. 150 (2), 384-388 (2013).
- Bai, X., et al. Different Therapeutic Effects of Transcranial Direct Current Stimulation on Upper and Lower Limb Recovery of Stroke Patients with Motor Dysfunction: A Meta-Analysis. Neural Plasticity. 2019, 1372138 (2019).
- Dimyan, M. A., Cohen, L. G. Neuroplasticity in the context of motor rehabilitation after stroke. Nature Reviews Neurology. 7 (2), 76-85 (2011).
- Bai, Z., Fong, K. N. K., Zhang, J. J., Chan, J., Ting, K. H. Immediate and long-term effects of BCI-based rehabilitation of the upper extremity after stroke: a systematic review and meta-analysis. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 17 (1), 57 (2020).
- Yang, W., et al. The Effect of Brain-Computer Interface Training on Rehabilitation of Upper Limb Dysfunction After Stroke: A Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials. Frontiers in Neuroscience. 15, 766879 (2021).
- Pandian, S., Arya, K. N. Stroke-related motor outcome measures: do they quantify the neurophysiological aspects of upper extremity recovery. Journal of Bodywork and Movement Therapies. 18 (3), 412-423 (2014).
- Potter, S. M., El Hady, A., Fetz, E. E. Closed-loop neuroscience and neuroengineering. Frontiers in Neural Circuits. 8, 115 (2014).
- Nowak, D. A., Grefkes, C., Ameli, M., Fink, G. R. Interhemispheric competition after stroke: brain stimulation to enhance recovery of function of the affected hand. Neurorehabilitation and Neural Repair. 23 (7), 641-656 (2009).
