Альманах клинической медицины. 2016; 44: 280-286
ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМПЛЕКСНОЙ НЕЙРОРЕАБИЛИТАЦИИ ПАЦИЕНТОВ С ПОСТИНСУЛЬТНЫМ ПАРЕЗОМ РУКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕЙРОИНТЕРФЕЙСА «“МОЗГ – КОМПЬЮТЕР”+ЭКЗОСКЕЛЕТ»
https://doi.org/10.18786/2072-0505-2016-44-3-280-286Аннотация
Актуальность. Восстановление пациентов с двигательными нарушениями после перенесенного инсульта с применением нейроинтерфейса «“мозг – компьютер”+экзоскелет» (НМКЭ) выводит реабилитацию на новый высокотехнологичный уровень и позволяет эффективно влиять на степень постинсультных изменений. Цель – оценить эффективность процедур НМКЭ для нейрореабилитации больных с постинсультными двигательными нарушениями. Материал и методы. В исследование включены 40 больных, перенесших мозговой инсульт (средний возраст 59±10,4 года, 26 мужчин и 14 женщин), из них у 36 человек диагностирован ишемический, у 4 – геморрагический инсульт в сроке от 2 месяцев до 4 лет. У всех пациентов выявлен постинсультный гемипарез различной степени выраженности, преимущественно в руке. Пациентам основной группы (n=20) наряду со стандартной терапией проводили 10 занятий по 3 сессии в день с применением НМКЭ. Интерфейс «мозг – компьютер» осуществлял онлайн-распознавание воображаемого пациентом движения разжимания кисти, и по сигналу обратной связи экзоскелет осуществлял пассивное движение в паретичной руке. Пациентам из контрольной группы (n=10) проведены 10 занятий с использованием НМКЭ без подключения воображения движения, экзоскелет срабатывал в произвольном режиме. Группу сравнения составили 10 человек, получавших только стандартную терапию. Результаты. К концу срока восстановительной терапии (14-й день) во всех исследуемых группах наблюдалось улучшение показателей функции паретичной конечности. В основной группе отмечено улучшение уровня дееспособности и повседневной активности по сравнению с контролем и группой сравнения: динамика показателей по модифицированной шкале Рэнкина составила 0,4±0,1, 0,1±0,1 и 0,0±0,2 (p<0,05), по шкале Бартел – 5,6±0,8, 2,3±0,3 и 1±0,2 (p<0,001) соответственно. В группе с применением НМКЭ двигательная функция паретичной руки, оцененная по шкале ARAT, улучшилась на 5,5±1,3 балла (2,4±0,6 в контрольной группе и 1,9±0,7 в группе сравнения, р<0,05) и на 10,8±1,5 балла по шкале Fugl-Meyer (3,8±1,05 в группе сравнения, p<0,001). Заключение. Реабилитация пациентов с постинсультными парезами с использованием НМКЭ позволила не только достичь снижения уровня неврологического дефицита и улучшить моторику паретичной руки у пациентов, перенесших инсульт, но и улучшить показатели повседневной активности. В дальнейшем планируется изучить влияние реабилитационных процедур с НМКЭ на кинематику восстановления двигательных функций.
Список литературы
1. Faralli A, Bigoni M, Mauro A, Rossi F, Carulli D. Noninvasive strategies to promote functional recovery after stroke. Neural Plast. 2013;2013:854597. doi: 10.1155/2013/854597.
2. Yoon JA, Koo BI, Shin MJ, Shin YB, Ko HY, Shin YI. Effect of constraint-induced movement therapy and mirror therapy for patients with subacute stroke. Ann Rehabil Med. 2014;38(4):458–66. doi: 10.5535/ arm.2014.38.4.458.
3. Котов СВ. Новые технологии в диагностике и лечении больных в остром периоде инсульта. Русский медицинский журнал. 2014;22(10):712–6.
4. Lin BS, Pan JS, Chu TY, Lin BS. Development of a Wearable Motor-Imagery-Based Brain-Computer Interface. J Med Syst. 2016;40(3):71. doi: 10.1007/s10916-015-0429-6.
5. Hwang HJ, Kwon K, Im CH. Neurofeedback-based motor imagery training for brain-computer interface (BCI). J Neurosci Methods. 2009;179(1):150–6. doi: 10.1016/j. jneumeth.2009.01.015.
6. Mrachacz-Kersting N, Jiang N, Stevenson AJ, Niazi IK, Kostic V, Pavlovic A, Radovanovic S, Djuric-Jovicic M, Agosta F, Dremstrup K, Farina D. Efficient neuroplasticity induction in chronic stroke patients by an associative brain-computer interface. J Neurophysiol. 2016;115(3):1410–21. doi: 10.1152/ jn.00918.2015.
7. Neuper C, Scherer R, Reiner M, Pfurtscheller G. Imagery of motor actions: differential effects of kinesthetic and visual-motor mode of imagery in single-trial EEG. Brain Res Cogn Brain Res. 2005;25(3):668–77. doi: 10.1016/j.cogbrainres.2005.08.014.
8. Dimyan MA, Cohen LG. Neuroplasticity in the context of motor rehabilitation after stroke. Nat Rev Neurol. 2011;7(2):76–85. doi: 10.1038/ nrneurol.2010.200.
9. Prasad G, Herman P, Coyle D, McDonough S, Crosbie J. Applying a brain-computer interface to support motor imagery practice in people with stroke for upper limb recovery: a feasibility study. J Neuroeng Rehabil. 2010;7:60. doi: 10.1186/1743-0003-7-60.
10. Ang KK, Guan C, Chua KS, Ang BT, Kuah C, Wang C, Phua KS, Chin ZY, Zhang H. Clinical study of neurorehabilitation in stroke using EEG-based motor imagery brain-computer interface with robotic feedback. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2010;2010:5549–52. doi: 10.1109/IEMBS.2010.5626782.
11. Pichiorri F, Morone G, Petti M, Toppi J, Pisotta I, Molinari M, Paolucci S, Inghilleri M, Astolfi L, Cincotti F, Mattia D. Brain-computer interface boosts motor imagery practice during stroke recovery. Ann Neurol. 2015;77(5):851–65. doi: 10.1002/ana.24390.
12. Ang KK, Chua KS, Phua KS, Wang C, Chin ZY, Kuah CW, Low W, Guan C. A Randomized Controlled Trial of EEG-Based Motor Imagery Brain-Computer Interface Robotic Rehabilitation for Stroke. Clin EEG Neurosci. 2015;46(4):310–20. doi: 10.1177/1550059414522229.
13. Котов СВ, Турбина ЛГ, Бобров ПД, Фролов АА, Павлова ОГ, Курганская МЕ, Бирюкова ЕВ. Реабилитация больных, перенесших инсульт, с помощью биоинженерного комплекса «интерфейс мозг-компьютер + экзоскелет». Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2014;14(12–2):66–72.
14. Фролов АА, Мокиенко ОА, Люкманов РХ, Черникова ЛА, Котов СВ, Турбина ЛГ, Бобров ПД, Бирюкова ЕВ, Кондур АА, Иванова ГЕ, Старицын АН, Бушкова ЮВ, Джалагония ИЗ, Курганская МЕ, Павлова ОГ, Будилин СЮ, Азиатская ГА, Хижникова АЕ, Червяков АВ, Лукьянов АЛ, Надарейшвили ГГ. Предварительные результаты контролируемого исследования эффективности технологии ИМК – экзоскелет при постинсультном парезе руки. Вестник РГМУ. 2016;(2):17–25.
15. Bohannon RW, Smith MB. Interrater reliability of a modified Ashworth scale of muscle spasticity. Phys Ther. 1987;67(2): 206–7.
16. Fugl-Meyer AR, Jääskö L, Leyman I, Olsson S, Steglind S. The post-stroke hemiplegic patient. 1. A method for evaluation of physical performance. Scand J Rehabil Med. 1975;7(1):13–31.
17. Lyle RC. A performance test for assessment of upper limb function in physical rehabilitation treatment and research. Int J Rehabil Res. 1981;4(4):483–92.
18. Белова АН, ред. Шкалы, тесты и опросники в медицинской реабилитации. М.: Антидор; 2002. 440 с.
19. Котов СВ, Турбина ЛГ, Бобров ПД, Фролов АА, Павлова ОГ, Курганская МЕ, Бирюкова ЕВ. Применение комплекса «интерфейс “мозг – компьютер” и экзоскелет» и техники воображения движения для реабилитации после инсульта. Альманах клинической медицины. 2015;39:15–21. doi: 10.18786/2072- 0505-2015-39-15-21.
20. Бирюкова ЕВ, Павлова ОГ, Курганская МЕ, Бобров ПД, Турбина ЛГ, Фролов АА, Давыдов ВИ, Сильченко АВ, Мокиенко ОА. Восстановление двигательной функции руки с помощью экзоскелета кисти, управляемого интерфейсом мозг – компьютер. Cлучай пациента с обширным поражением мозговых структур. Физиология человека. 2016;42(1):19–30. doi: 10.7868/S0131164616010033
Almanac of Clinical Medicine. 2016; 44: 280-286
EFFICACY OF COMPLEX NEUROREHABILITATION OF PATIENTS WITH A POST-STROKE ARM PARESIS WITH THE USE OF A BRAIN-COMPUTER INTERFACE+EXOSKELETON SYSTEM
https://doi.org/10.18786/2072-0505-2016-44-3-280-286Abstract
Background: Rehabilitation of patients with poststroke motor disorders with the use of a brain-computer interface (BCI)+exoskeleton may raise the rehabilitation to a new high-tech level and allow for an effective correction of the post-stroke dysfunction. Aim: To assess the efficacy of BCI+exoskeleton procedures for neurorehabilitation of patients with post-stroke motor dysfunction. Materials and methods: The study included 40 patients with a history of cerebral stroke (mean age 59±10.4 years, 26 male and 14 female). Thirty six of them had had an ischemic stroke and 4, a hemorrhagic stroke from 2 months to 4 years before the study entry. All patients had a various degree post-stroke hemiparesis predominantly of the arm. The main group patients (n=20), in addition to conventional therapy, had 10 sessions (3 times daily) of BCI+exoskeleton. The BCI recognized the hand ungripping imagined by the patient and, by a feedback signal, the exoskeleton exerted the passive movement in the paretic arm. The control group patients (n=10) had 10 BCI+exoskeleton sessions without imaginary movements, and the exoskeleton functioned in a random mode. The comparison group included 10 patients who received only standard treatment. Results: At the end of rehabilitation treatment (day 14), all study groups demonstrated an improvement in the function of the paretic extremity. There was an improvement of functioning and daily activities in the main group, compared to the control and the comparison groups: the change in the modified Rankin scale score was 0.4±0.1, 0.1±0.1 and 0±0.2 (p<0.05), in the Bartel scale score, 5.6±0.8, 2.3±0.3 and 1±0.2 (p<0.001), respectively. In the BCI+exoskeleton group the motor function of the paretic arm assessed by the ARAT scale, improved by 5.5±1.3 points (2.4±0.6 points in the control group and 1.9±0.7 in the comparison group, р<0.05), and as assessed by the Fugl-Meyer scale, by 10.8±1.5 points (3.8±1.05 points in the comparison group, p<0.001). Conclusion: Rehabilitation of patients with post-stroke paresis with the use of BCI+exoskeleton led not also to a decrease in neurological deficit and an improvement of the paretic arm motor function, but also improved parameters of daily activities. Further studies of the effects of BCI+exoskeleton rehabilitation procedures on the course of motor function restoration are planned.
References
1. Faralli A, Bigoni M, Mauro A, Rossi F, Carulli D. Noninvasive strategies to promote functional recovery after stroke. Neural Plast. 2013;2013:854597. doi: 10.1155/2013/854597.
2. Yoon JA, Koo BI, Shin MJ, Shin YB, Ko HY, Shin YI. Effect of constraint-induced movement therapy and mirror therapy for patients with subacute stroke. Ann Rehabil Med. 2014;38(4):458–66. doi: 10.5535/ arm.2014.38.4.458.
3. Kotov SV. Novye tekhnologii v diagnostike i lechenii bol'nykh v ostrom periode insul'ta. Russkii meditsinskii zhurnal. 2014;22(10):712–6.
4. Lin BS, Pan JS, Chu TY, Lin BS. Development of a Wearable Motor-Imagery-Based Brain-Computer Interface. J Med Syst. 2016;40(3):71. doi: 10.1007/s10916-015-0429-6.
5. Hwang HJ, Kwon K, Im CH. Neurofeedback-based motor imagery training for brain-computer interface (BCI). J Neurosci Methods. 2009;179(1):150–6. doi: 10.1016/j. jneumeth.2009.01.015.
6. Mrachacz-Kersting N, Jiang N, Stevenson AJ, Niazi IK, Kostic V, Pavlovic A, Radovanovic S, Djuric-Jovicic M, Agosta F, Dremstrup K, Farina D. Efficient neuroplasticity induction in chronic stroke patients by an associative brain-computer interface. J Neurophysiol. 2016;115(3):1410–21. doi: 10.1152/ jn.00918.2015.
7. Neuper C, Scherer R, Reiner M, Pfurtscheller G. Imagery of motor actions: differential effects of kinesthetic and visual-motor mode of imagery in single-trial EEG. Brain Res Cogn Brain Res. 2005;25(3):668–77. doi: 10.1016/j.cogbrainres.2005.08.014.
8. Dimyan MA, Cohen LG. Neuroplasticity in the context of motor rehabilitation after stroke. Nat Rev Neurol. 2011;7(2):76–85. doi: 10.1038/ nrneurol.2010.200.
9. Prasad G, Herman P, Coyle D, McDonough S, Crosbie J. Applying a brain-computer interface to support motor imagery practice in people with stroke for upper limb recovery: a feasibility study. J Neuroeng Rehabil. 2010;7:60. doi: 10.1186/1743-0003-7-60.
10. Ang KK, Guan C, Chua KS, Ang BT, Kuah C, Wang C, Phua KS, Chin ZY, Zhang H. Clinical study of neurorehabilitation in stroke using EEG-based motor imagery brain-computer interface with robotic feedback. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2010;2010:5549–52. doi: 10.1109/IEMBS.2010.5626782.
11. Pichiorri F, Morone G, Petti M, Toppi J, Pisotta I, Molinari M, Paolucci S, Inghilleri M, Astolfi L, Cincotti F, Mattia D. Brain-computer interface boosts motor imagery practice during stroke recovery. Ann Neurol. 2015;77(5):851–65. doi: 10.1002/ana.24390.
12. Ang KK, Chua KS, Phua KS, Wang C, Chin ZY, Kuah CW, Low W, Guan C. A Randomized Controlled Trial of EEG-Based Motor Imagery Brain-Computer Interface Robotic Rehabilitation for Stroke. Clin EEG Neurosci. 2015;46(4):310–20. doi: 10.1177/1550059414522229.
13. Kotov SV, Turbina LG, Bobrov PD, Frolov AA, Pavlova OG, Kurganskaya ME, Biryukova EV. Reabilitatsiya bol'nykh, perenesshikh insul't, s pomoshch'yu bioinzhenernogo kompleksa «interfeis mozg-komp'yuter + ekzoskelet». Zhurnal nevrologii i psikhiatrii im. S.S. Korsakova. 2014;14(12–2):66–72.
14. Frolov AA, Mokienko OA, Lyukmanov RKh, Chernikova LA, Kotov SV, Turbina LG, Bobrov PD, Biryukova EV, Kondur AA, Ivanova GE, Staritsyn AN, Bushkova YuV, Dzhalagoniya IZ, Kurganskaya ME, Pavlova OG, Budilin SYu, Aziatskaya GA, Khizhnikova AE, Chervyakov AV, Luk'yanov AL, Nadareishvili GG. Predvaritel'nye rezul'taty kontroliruemogo issledovaniya effektivnosti tekhnologii IMK – ekzoskelet pri postinsul'tnom pareze ruki. Vestnik RGMU. 2016;(2):17–25.
15. Bohannon RW, Smith MB. Interrater reliability of a modified Ashworth scale of muscle spasticity. Phys Ther. 1987;67(2): 206–7.
16. Fugl-Meyer AR, Jääskö L, Leyman I, Olsson S, Steglind S. The post-stroke hemiplegic patient. 1. A method for evaluation of physical performance. Scand J Rehabil Med. 1975;7(1):13–31.
17. Lyle RC. A performance test for assessment of upper limb function in physical rehabilitation treatment and research. Int J Rehabil Res. 1981;4(4):483–92.
18. Belova AN, red. Shkaly, testy i oprosniki v meditsinskoi reabilitatsii. M.: Antidor; 2002. 440 s.
19. Kotov SV, Turbina LG, Bobrov PD, Frolov AA, Pavlova OG, Kurganskaya ME, Biryukova EV. Primenenie kompleksa «interfeis “mozg – komp'yuter” i ekzoskelet» i tekhniki voobrazheniya dvizheniya dlya reabilitatsii posle insul'ta. Al'manakh klinicheskoi meditsiny. 2015;39:15–21. doi: 10.18786/2072- 0505-2015-39-15-21.
20. Biryukova EV, Pavlova OG, Kurganskaya ME, Bobrov PD, Turbina LG, Frolov AA, Davydov VI, Sil'chenko AV, Mokienko OA. Vosstanovlenie dvigatel'noi funktsii ruki s pomoshch'yu ekzoskeleta kisti, upravlyaemogo interfeisom mozg – komp'yuter. Cluchai patsienta s obshirnym porazheniem mozgovykh struktur. Fiziologiya cheloveka. 2016;42(1):19–30. doi: 10.7868/S0131164616010033
