التخيل الحركي واجهة الدماغ والحاسوب في إعادة تأهيل الخلل الحركي للطرف العلوي بعد السكتة الدماغية
Summary
الغرض من هذه الدراسة هو توفير مرجع مهم للتشغيل السريري القياسي للصور الحركية للواجهة الدماغية الحاسوبية (MI-BCI) للخلل الحركي للطرف العلوي بعد السكتة الدماغية.
Abstract
إن تأثير إعادة التأهيل للمرضى الذين يعانون من خلل وظيفي حركي معتدل أو شديد في الطرف العلوي بعد السكتة الدماغية ضعيف ، وهو ما كان محور البحث بسبب الصعوبات التي تمت مواجهتها. تمثل واجهة الدماغ الحاسوبية (BCI) تقنية حدودية ساخنة في أبحاث علم الأعصاب في الدماغ. يشير إلى التحويل المباشر للإدراك الحسي والصور والإدراك والتفكير للمستخدمين أو الموضوعات إلى أفعال ، دون الاعتماد على الأعصاب أو العضلات الطرفية ، لإنشاء قنوات اتصال وتحكم مباشرة بين الدماغ والأجهزة الخارجية. واجهة الدماغ والحاسوب للصور الحركية (MI-BCI) هي التطبيق السريري الأكثر شيوعا لإعادة التأهيل كوسيلة غير جراحية لإعادة التأهيل. أكدت الدراسات السريرية السابقة أن MI-BCI يحسن بشكل إيجابي الخلل الحركي لدى المرضى بعد السكتة الدماغية. ومع ذلك ، هناك نقص في مظاهرة العملية السريرية. تحقيقا لهذه الغاية ، تصف هذه الدراسة بالتفصيل علاج MI-BCI للمرضى الذين يعانون من خلل وظيفي معتدل وشديد في الأطراف العلوية بعد السكتة الدماغية وتظهر تأثير التدخل ل MI-BCI من خلال تقييم الوظائف السريرية ونتائج تقييم وظائف المخ ، وبالتالي توفير الأفكار والمراجع لتطبيق إعادة التأهيل السريري وآلية البحث.
Introduction
يعاني ما يقرب من 85٪ من مرضى السكتة الدماغية من خلل وظيفي حركي1 ، خاصة بسبب تأثير إعادة التأهيل المحدود للمرضى الذين يعانون من خلل وظيفي حركي معتدل وشديد في الطرف العلوي ، مما يؤثر بشكل خطير على قدرة المرضى على عيش حياة يومية مستقلة وكان محور وصعوبة البحث. تعرف واجهة الدماغ الحاسوبية غير الغازية (BCI) بأنها علاج ناشئ لإعادة تأهيل الخلل الحركي بعد السكتة الدماغية2. BCI هو التحويل المباشر للإدراك الحسي والصور والإدراك والتفكير للمستخدمين أو الموضوعات إلى أفعال ، دون الاعتماد على الأعصاب أو العضلات الطرفية ، لإنشاء قنوات اتصال وتحكم مباشرة بين الدماغ والأجهزة الخارجية3. في الوقت الحاضر ، تشمل نماذج BCI لإعادة التأهيل السريري الصور الحركية (MI) ، والإمكانات البصرية المستقرة (SSVEP) ، والإمكانات السمعية المستثارة (AEP) P3004 ، وأكثرها استخداما وملاءمة هي واجهة الدماغ والحاسوب للصور الحركية (MI-BCI). MI هو تدخل يستخدم الصور الحركية البصرية / الحركية لتصور تنفيذ المهام الحركية (مثل حركات اليد أو الذراع أو القدم). من ناحية ، أظهرت الدراسات السابقة أن تنشيط القشرة الحركية المرتبطة أثناء MI يشبه التنفيذ الحركي الفعلي5. من ناحية أخرى ، على عكس النماذج الأخرى ، يمكن ل MI تنشيط منطقة معينة من النشاط من خلال الذاكرة الحركية دون أي حافز خارجي لتحسين الوظيفة الحركية ؛ هذا يفضي إلى التنفيذ في مرضى السكتة الدماغية ، خاصة عندما يقترن بضعف السمع6.
علاوة على ذلك ، فقد ثبت أن MI-BCI له تأثير إيجابي على تحسين الخلل الحركي لدى مرضى السكتة الدماغية. ذكر Cheng et al. أنه بالمقارنة مع تدخل القفازات الروبوتية اللينة البسيطة ، أظهر القفاز الروبوتي الناعم القائم على MI-BCI جنبا إلى جنب مع المهام الموجهة لأنشطة الحياة اليومية تحسنا وظيفيا أكثر وضوحا وتجربة حركية أكثر ديمومة في مرضى السكتة الدماغية المزمنة بعد 6 أسابيع من التدخل. علاوة على ذلك ، كان قادرا أيضا على استنباط تصور الحركات الحركية7. بالإضافة إلى ذلك ، شمل Ang et al. 21 مريضا مزمنا بالسكتة الدماغية يعانون من خلل وظيفي معتدل إلى شديد في الأطراف العلوية للتدخل العشوائي. تم تقييم الوظيفة السريرية قبل وبعد التدخل من خلال تقييم Fugl-Meyer للطرف العلوي (FMA-UE). أظهرت النتائج أنه بالمقارنة مع تدخل الروبوت بالمقبض اللمسي البسيط (HK) (مجموعة HK) وتدخل علاج الذراع القياسي (مجموعة SAT) ، كان تأثير اكتساب الحركة ل HK بناء على تدخل MI-BCI (مجموعة BCI-HK) أفضل بكثير من تأثير المجموعتين الأخريين8. ومع ذلك ، فإن التشغيل المحدد ل MI-BCI لا يزال يتطلب معايير معيارية ، ويجب فهم آلية إعادة البناء العصبي تماما ، مما يحد من التطبيق السريري والترويج ل MI-BCI. لذلك ، من خلال إظهار عملية تدخل MI-BCI في مريض سكتة دماغية يبلغ من العمر 36 عاما يعاني من خلل حركي في الطرف العلوي ، ستلخص هذه الدراسة تغيرات النتائج الوظيفية وإعادة تشكيل وظائف المخ قبل التدخل وبعده لإثبات عملية التشغيل الكاملة ل MI-BCI وتقديم الأفكار والمراجع لتطبيق إعادة التأهيل السريري وأبحاث الآلية.
Protocol
Representative Results
Discussion
فترة إعادة التأهيل للخلل الحركي المعتدل والشديد في الطرف العلوي بعد السكتة الدماغية طويلة والتعافي صعب ، والذي كان دائما محور أبحاث إعادة التأهيل السريري18. التدريب التقليدي لإعادة تأهيل الأطراف العلوية هو في الغالب تدخل محيطي بسيط أو تدخل مركزي19. وفي الوقت نفسه…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذه الدراسة من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم في مقاطعة قوانغدونغ (رقم 2023A1515010586) ، مشروع بناء تكنولوجيا الخصائص السريرية في قوانغتشو (2023C-TS19) ، مشروع تخطيط علوم التعليم في مقاطعة قوانغدونغ (رقم 2022GXJK299) ، برنامج التوجيه العام للصحة وتنظيم الأسرة في بلدية قوانغتشو (20221A011109 ، 20231A011111) ، 2022 قوانغتشو جودة تدريس التعليم العالي ومشروع إصلاح التدريس في إصلاح التدريس في التعليم العالي المشروع العام (رقم 2022JXGG088 / 02-408-2306040XM) ، مشروع خطة تحسين قدرة الابتكار لطلاب جامعة قوانغتشو الطبية لعام 2022 (رقم PX-66221494 / 02-408-2304-19062XM) ، مشروع تخطيط علوم التعليم على مستوى المدرسة لعام 2021 (2021: NO.45) ، 2023 صندوق البناء الرئيسي للطلاب الجامعيين من الدرجة الأولى للجامعة رفيعة المستوى (2022JXA009 ، 2022JXD001 ، 2022JXD003) / (02-408-2304-06XM) ، مشروع البحث الجامعي لمكتب قوانغتشو التعليمي (رقم 202235384) ، 2022 مشروع جودة التدريس الجامعي وإصلاح التدريس بجامعة قوانغتشو الطبية (2022 رقم 33) ، المؤسسة الوطنية للعلوم بمقاطعة قوانغدونغ (رقم 2021A1515012197) ، ومؤسسة قوانغتشو والجامعة (رقم 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).
