Schlaganfallrehabilitation mittels Brain-Computer Interface

Einleitung:

Brain Computer Interfaces (BCI) werden meistens zur Kommunikation, oder zur Kontrolle externer Geräte eingesetzt. Ein relativ neues Einsatzgebiet dient zur Unterstützung der Rehabilitation von Schlaganfallpatienten [1]. Das BCI kann die gewünschte Aktivierung des motorischen Kortex in Echtzeit messen, und somit passendes Feedback präsentieren. In dieser Publikation wird ein EEG-basiertes BCI vorgestellt dass mittels einer 3-D Umgebung die detektierten Bewegungen der beiden Hände visualisieren kann. Äußerst wichtig hierzu, ist eine möglichst korrekte Erkennung der Aktivierung, um das Feedback korrekt präsentieren zu können. Tests wurden durchgeführt um die Klassifikationsgenauigkeit des Systems zu untersuchen. basierend darauf sollen klinische Studien entwickelt werden um den Einfluss auf den Rehabilitationsfortschritt zu evaluieren.

Material/Methode:

Das EEG wurde an 64 Positionen des Kortex gemessen. Der Anwender sollte abwechselnd entweder die betroffene Hand oder die nicht betroffene Hand bewegen. Die Kommandos dazu erfolgten mittels eines Bildschirms. In einem Durchlauf wurden (randomisiert) jeweils 20 Bewegungen (vollständige Flexion und Extension der Hand) vorgegeben, wobei eine der Hände, bedingt durch den Schlaganfall, nur eingeschränkt beweglich war, und folglich die Bewegung nicht oder nur teilweise durchgeführt werden konnte. Wurde durch das BCI jedoch eine Aktivierung der entsprechenden kortikalen Areale detektiert, so wurde, mittels Feedback, dem Anwender die korrekte Durchführung der Bewegung in der 3-D Umgebung visualisiert. Eine Darstellung der beiden Hände in Ausgangstellung ist in Abbildung 1 zu sehen. Tests wurden an 11 gesunden Anwendern, sowie 11 Schlaganfallpatienten durchgeführt. Von den Schlaganfallpatienten erklärten sich weiters 5 Personen dazu bereit, an mehreren Sitzungen teilzunehmen, dies gab uns die Gelegenheit, deren Trainingsfortschritt zu verfolgen.

Ergebnisse:

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Studie. Spalte zwei zeigt die durschnittliche Genauigkeit die gesunde Anwender bei Kontrolle des Systems erzielten. Spalte drei zeigt die durschnittliche Genauigkeit der elf Patienten nach einer Sitzung. Die Spalten vier und fünf zeigen die Genauigkeiten der 5 Personen die mehrere Sitzungen durchführten, jeweils nach der ersten Sitzung, beziehungsweise nach fünf Sitzungen.

Diskussion:

Ziel dieser Studie war es ein neues Rehabilitationssystem zu evaluieren. Dafür wurden Klassifikationsgenauigkeiten von Patienten und gesunden Anwendern berechnet und verglichen. Die Differenz zwischen Schlaganfallpatienten und Gesunden beträgt nur ungefähr 3%. Weiters konnten die Patienten die an weiteren Test teilnahmen eine Verbesserung ihres Kontrolllevels von 59,70% auf 72,48% erzielen. Eine Langzeitstudie um die Fortschritte in der Beweglichkeit der Anwender zu evaluieren, ist derzeit in Planung.

Abb. 1: Visualisierung der Hände

Tab. 1: Ergebnisse der Studie.

	gesunde Anwender	Schlaganfallpatienten
Sitzung #	1	1	1	4
Anzahl der Teilnehmer	11	11	5	5
durchschnittliche Genauigkeit (%)	63,77	60,67	59,7	72,48
SD	16,52	13,05	6,08	8,45

Referenzen:

[1] Sharma, N.; Pomeroy, V. M. & Baron, J.-C. Motor imagery: a backdoor to the motor system after stroke?, Stroke, 2006, 37, 1941 – 1952