Članek je bil objavljen oktobra 2023, frontiersin.org

Rezultati raziskave z vmesnikom možgani-računalnik za rehabilitacijo hoje pri bolnikih po možganski kapi – recoveriX

Uporaba vmesnikov možgani-računalnik (BCI) kot rehabilitacijskih orodij za kronično bolne nevrološke paciente postaja vse bolj razširjena. BCI v kombinaciji z drugimi tehnikami omogoča uporabnikom obnovitev nevroloških funkcij s spodbujanjem nevroplastičnosti. To doseže z zaznavanjem motorične predstave (MI) v realnem času, ko pacienti izvajajo terapevtske naloge. V tej študiji je bilo vključenih petindvajset bolnikov po možganski kapi z motnjami hoje. Udeleženci so opravili 25 terapij z MI-BCI.

Rezultati raziskave so pokazali klinično pomembno povečanje hitrosti hoje za 0,19 m/s (95 % CI [0,13–0,25], p < 0,001). Bolnikom se je prav tako zmanjšala spastičnost, izboljšal se je obseg gibanja ter moč mišičnega krčenja. Terapije z BCI so se izkazale za učinkovite pri spodbujanju dolgotrajnih funkcionalnih izboljšanj hitrosti pri osebah po možganski kapi. Pacienti so pokazali večjo gibljivost v nogah, kar je omogočilo boljšo in varnejšo hojo. To funkcionalno izboljšanje je mogoče pripisati izboljšani nevroplastičnosti v centralnem živčnem sistemu.

Predstavitev 

Možganska kap je eden glavnih vzrokov umrljivosti in dolgotrajne invalidnosti po vsem svetu. Funkcionalni primanjkljaj spodnjih udov je najpogostejša posledica možganske kapi. Bolniki po možganski kapi le redko popolnoma okrevajo po mesecih ali celo letih terapije in drugih oblikah zdravljenja, zaradi česar pogosto ostanejo trajno prizadeti. Mnogi od teh bolnikov nikoli več ne pridobijo zadostne sposobnosti hoje za opravljanje vseh vsakodnevnih dejavnosti (Hesse et al., 2008; Mehrholz et al., 2017).

Izboljšanje hoje je eden glavnih terapevtskih ciljev v programih rehabilitacije bolnikov po možganski kapi, zato so bile razvite številne metode za analizo hoje in njeno rehabilitacijo (Mehrholz et al., 2017).

Oslabljen mišični tonus predstavlja še en pogost izziv pri gibalni rehabilitaciji. Terapije, kot so aktivne vaje za dvigovanje stopal, elektromehansko podprta terapija in vadba na tekalni stezi, so običajno omejene na bolnike z blago ali zmerno okvaro (Mills et al., 2011; Mehrholz et al., 2017).

V študiji iz leta 2018 (Mehrholz et al., 2018) so opravili mrežno metaanalizo, ki temelji na 95 publikacijah od 44.567 obravnavanih. V študijo je bilo vključenih 4.458 bolnikov, analizirali pa so učinkovitost najpogostejših intervencij za rehabilitacijo hoje po možganski kapi. Intervencije so bile razvrščene v pet skupin: (1) brez treninga hoje, (2) običajni trening hoje (hoja po tleh, vaje za pripravo v sedečem položaju, trening ravnotežja itd. brez tehničnih pripomočkov in brez treninga na tekalni stezi ali elektromehansko podprtega treninga), (3) trening na tekalni stezi brez ali s podporo telesne teže, (4) trening na tekalni stezi z ali brez paradigme hitrosti hoje, (5) elektromehansko podprt trening z uporabo naprav z aktivnimi končnimi efektorji ali eksoskeleti. V okviru primarne končne točke hitrosti hoje je usposabljanje s pomočjo aktivnih končnih efektorjev (EGAIT_EE) doseglo bistveno večje izboljšanje kot običajna rehabilitacija hoje (povprečna razlika [MD] = 0,16 m/s, 95 % CI = [0,04, 0,28]). Nobena od drugih intervencij ni bistveno izboljšala hitrosti hoje.

Funkcionalna električna stimulacija (FES) se v zadnjih nekaj desetletjih uporablja tudi v rehabilitaciji motorike. Pasivna terapija s FES lahko zmanjša mišične krče in skrajša čas motoričnega okrevanja (Hong et al., 2018). Pasivne terapije, kot sta neprekinjeno pasivno gibanje in kolesarjenje, so bile uporabljene pri bolnikih in so v preteklih študijah pokazale funkcionalno izboljšanje (Janssen et al., 2008; Yeh et al., 2010; Ambrosini et al., 2011). Vendar pa te ne vključujejo naprav ali sistemov za spremljanje aktivnega vključevanja bolnika v terapijo.

Danes vmesniki možgani-računalnik (Brain-Computer Interfaces – BCI) zagotavljajo objektivno orodje za merjenje motorične predstave (Motor Imagery – MI), kar odpira nove možnosti za “zaprto povratno zanko” (Wolpaw in Wolpaw, 2012). Povratne informacije v zaprti zanki temeljijo na zaznavanju želene mentalne aktivnosti in so mogoče z BCI, ki temeljijo na MI. To bi lahko bistveno izboljšalo rezultate rehabilitacijske terapije (Ortner et al., 2012; Cho et al., 2016; Cantillo-Negrete et al., 2018; Irimia et al., 2018).

Pri rehabilitaciji bolnikov po možganski kapi so bili uporabljeni BCI, ki temeljijo na motorični predstavi (MI), z namenom zapolniti vrzel med pričakovanji bolnikov in rezultati zdravljenja.

V običajnih rehabilitacijskih terapijah se od bolnikov pogosto zahteva, da poskusijo premakniti paretično roko ali nogo ali naj si predstavljajo, kako jo premikajo, medtem ko jim funkcionalna električna stimulacija (FES), fizioterapevti in/ali robotske naprave pomagajo izvesti želeno gibanje. Pogosto so povratne informacije zagotovljene, tudi ko bolniki ne izvajajo zahtevane miselne dejavnosti (ne razmišljajo o gibu).

Ni objektivnega načina ugotavljanja, ali bolniki, ki ne morejo izvajati gibanja, aktivno sodelujejo pri nalogah motorične predstave (MI) in s tem ustvarjajo usklajeno nevronsko aktivacijo.

Učinkovitost takšnega pristopa je bila dokazana v številnih študijah, kjer so uporabljali eksoskelete, ortoze ali robote za pasivno gibanje prizadetih udov (Ramos-Murguialday et al., 2013; Ono et al., 2014; Ang et al., 2015). Med ponavljajočimi se treningi nevrofeedbacka so tudi bolniki s hudo okvaro uspeli dokončati senzorično-motorično zanko v možganih, ki povezuje koherentne senzorične povratne informacije z motorično namero (Cho et al., 2016; Pichiorri et al., 2017; Irimia et al., 2018).

Ta hkratna senzorična povratna informacija, povezana z motorično namero, je pomemben dejavnik za izboljšanje motoričnih funkcij (Ortner et al., 2012; Bolognini et al., 2016; Pichiorri et al., 2017; Cantillo-Negrete et al., 2018; Irimia et al., 2018). Hkratne povratne informacije, ki temeljijo na namenu uporabnika, lahko pomagajo pri učenju miselnih strategij, povezanih z gibanjem in uporabo BCI, kar lahko vpliva na rezultate (Neuper et al., 2005; Neuper in Allison, 2014).

Nevronska omrežja se okrepijo, ko sta aktivna tako presinaptični kot postsinaptični nevron. V običajnih terapijah, kjer pacienti prejemajo povratne informacije, ne da bi izvajali MI, ti dve nevronski mreži ne delujeta hkrati. Ta disociacija med motoričnimi ukazi in senzoričnimi povratnimi informacijami lahko pojasni, zakaj terapija pogosto ne povzroči reorganizacije možganov bolnikov v okolici poškodovanega območja. Nesočasne, ločene povratne informacije ne omogočajo hebbijskega učenja med dvema nevronskima populacijama, kar je osnova za želene izboljšave pri rehabilitaciji (Mayford et al., 2012; Wolpaw in Wolpaw, 2012). Zato so lahko običajne terapije včasih neuspešne, saj temeljijo na povratnih informacijah v odprti zanki.

V tej klinični študiji smo preučevali vpliv kombinacije tehnologije BCI s povratnimi informacijami MI in FES na izboljšanje motorike nog. Senzorične povratne informacije bolnikov v realnem času so bile odvisne od njihovega namena gibanja. Raziskujemo povezavo med predlagano metodo rehabilitacije in rezultati rehabilitacije, vključno s spremembami hitrosti hoje. Rezultate bolnikov, ki so uporabljali ta način usposabljanja, smo primerjali z rezultati bolnikov, ki so bili deležni terapije EGAIT_EE.

Ta fotografija prikazuje komponente sistema BCI, uporabljenega v tej študiji, vključno z monitorjem, na katerem je avatar, ki pacientu daje navodila in zagotavlja vizualne povratne informacije. Sistem EEG meri možgansko aktivnost, ki jo BCI analizira v realnem času. Takoj ko sistem BCI zazna miselno predstavo gibanja noge ali roke, se avatar premakne z nogo ali roko, hkrati pa FES aktivira nogo ali roko za izvedbo giba.

Študijo sta odobrila Etika komisija dežele Oberösterreich (št. 1.126/2020) in Bundesamt für Sicherheit im Gesundheitswesen (št. kliničnega preskušanja 101210314) v Avstriji.

Vsak udeleženec je pred začetkom študije podal pisno informirano soglasje. V celotnem obdobju študije niso poročali o neželenih dogodkih.

Vsak udeleženec je bil deležen trimesečne terapije MI s podporo BCI, ki je potekala trikrat tedensko, v skupnem obsegu 25 srečanj.

Raziskava in metodologija

Raziskava, predstavljena v članku, se osredotoča na uporabo BCI pri rehabilitaciji pacientov po kapi. Vključila je 25 bolnikov s težavami pri hoji, katerih cilj je bil izboljšati motorične sposobnosti z uporabo BCI, ki temelji na motorični predstavi. Terapija je obsegala 25 sej, med katerimi so udeleženci izvajali naloge terapije, medtem ko so bili njihovi možganski signali v realnem času zaznani in analizirani. Za oceno napredka so bili izvedeni redni obiski in testiranja.

Sistem BCI – recoveriX

Rezultati študije

Rezultati študije so pokazali statistično pomembno izboljšanje v hitrosti hoje, zmanjšanje spastičnosti, izboljšanje obsega gibanja in mišične moči. To je še posebej pomembno za paciente po možganski kapi, saj so te izboljšave neposredno povezane z večjo samostojnostjo in boljšo kakovostjo življenja. BCI terapija je omogočila bolnikom izboljšanje motoričnih sposobnosti, kar je ključnega pomena za opravljanje vsakodnevnih aktivnosti in zmanjšanje odvisnosti od pomoči drugih. Poleg tega so bila opažena izboljšanja v testih, kot sta 10-minutni test hoje in test Vstani & Pojdi, ki so ključni kazalniki za ocenjevanje motoričnih funkcij in ravnotežja, kar je bistvenega pomena za preprečevanje padcev in drugih zapletov.

Analiza ponovljenih meritev za test “Vstani & Pojdi” (TUG). Testiranja se izvajajo pred začetkom terapij, po 6. (S6), 11. (S11), 16. (S16), 21. (S21) terapiji. Prv tako po 25. terapiji (Post1) in kasneje (Post2).

Zaključek

Ta študija osvetljuje pomembnost in potencial BCI tehnologije v rehabilitaciji pacientov po možganski kapi. Izboljšave, ki jih omogoča BCI, kažejo na možnost znatnega napredka v obnovi motoričnih funkcij in izboljšanja kakovosti življenja po kapi. Nadaljnje raziskave in razvoj na tem področju bodo ključni za izboljšanje tehnik nevrorehabilitacije in ponujajo obetavno pot za bolnike, da si opomorejo po možganski kapi.

Analiza ponovljenih meritev za 10-minutni test hoje (10MWT). Testiranja se izvajajo pred začetkom terapij, po 6. (S6), 11. (S11), 16. (S16), 21. (S21) terapiji. Prv tako po 25. terapiji (Post1) in kasneje (Post2).

Celoten izvirni članek o raziskavi si preberite TUKAJ.