מערכת ta-VNS סגורה מסונכרנת עם אימון מוטורי מבוסס BCI לשיקום גפה עליונה לאחר שבץ

Meilian Zhong; Yongchun Jiang; Siqi Huang; Peizhen Chen; Huijin Liu; Yongxiang Zhang; Xiaofei He; Fei Yang; Qiao Fu; Yuxin Zheng; Yuanyuan Guo; Qiang Lin

doi:10.3791/69272

מאמר שיטה

מערכת ta-VNS סגורה מסונכרנת עם אימון מוטורי מבוסס BCI לשיקום גפה עליונה לאחר שבץ

DOI:

10.3791/69272

⸱

14 באפריל 2026

Meilian Zhong^*¹ , Yongchun Jiang^*² , Siqi Huang³ , Peizhen Chen⁴ , Huijin Liu² , Yongxiang Zhang⁴ , Xiaofei He⁵ , Fei Yang⁶ , Qiao Fu⁷ , Yuxin Zheng² , Yuanyuan Guo¹ , Qiang Lin²

¹The Fifth Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University, ²Department of Rehabilitation Medicine, The Seventh Affiliated Hospital, Sun Yat-sen University, ³Clinical Medical College of Acupuncture Moxibustion and Rehabilitation, Guangzhou University of Chinese Medicine, ⁴Department of Rehabilitation Medicine, The Affiliated Hospital of Qingdao University, ⁵Department of Rehabilitation Medicine, The Third Affiliated Hospital of Sun Yat-Sen University, ⁶School of Medical Technology and Nursing, Shenzhen Polytechnic University, ⁷Hainan General Hospital

^* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר זה מדגים פרוטוקול סטנדרטי למערכת ta-VNS סגורה המסונכרנת עם אימון מוטורי מבוסס BCI. יתרה מזאת, הוא משווה את יעילות מערכת ta-VNS סגורה המסונכרנת עם אימון מוטורי מבוסס BCI לזו של ta-VNS מזויף, ומספק ראיות משמעותיות ליישום הקליני שלה בשיקום שבץ.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

גירוי עצב הואגוס אוזני דרך העור (ta-VNS) כולל הפעלת גירוי חשמלי באמצעות אלקטרודות על הקונכה האוזנית. זה מפעיל סיבים ואגליים אפרנטיים, ומתחיל מסלול עולה מהפריפריה אל גזע המוח, שממריץ בסופו של דבר את הבליטות הואגלית המרכזית ומקדם פלסטיות עצבית. מחקרים קודמים הראו ששילוב של ta-VNS עם אימון מוטורי מציע יתרונות סינרגטיים להתאוששות מוטורית לאחר שבץ. עם זאת, גישות משולבות אלו בדרך כלל משתמשות בגירוי לולאה פתוחה עם פרמטרים קבועים, ללא תגובתיות לולאה סגורה בזמן אמת לפעילות עצבית דינמית. כדי להתמודד עם מגבלה זו, פיתחנו מערכת ta-VNS חדשה בלולאה סגורה, המסונכרנת עם אימוני מוטורי ממשק מוח-מחשב (BCI) המופעל על ידי אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG). מערכת זו נועדה לשפר את הקישור הקורטיקוספינלי ולקדם פלסטיות סינפטית. הקמנו פרוטוקול סטנדרטי ליישום מערכת ta-VNS סגורה זו, המסונכרנת עם אימון מוטורי מבוסס BCI בחולי שבץ. באמצעות הערכה פונקציונלית מבוססת EEG, השווינו את השפעות מערכת ta-VNS סגורה המסונכרנת עם אימון מוטורי מבוסס BCI לאלו של ta-VNS מזויף שמסונכרן עם אימון מוטורי מבוסס BCI. עבודה זו מספקת את הבסיס המתודולוגי והתיאורטי ליישום הקליני של גישה זו בשיקום שבץ.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

גירוי עצב הואגוס אוזני דרך העור (ta-VNS) היא טכניקת נוירומודולציה לא פולשנית המשמשת לשיפור ליקויים מוטוריים לאחר שבץ¹. שיטה זו כוללת גירוי הקונכה האוזנית באמצעות אלקטרודות כדי להפעיל את הענף האוזני של עצב הואגוס. גירוי כזה מפעיל את מסלול גרעין טרקטוס סוליטריוס (NTS)-locus coeruleus (LC)², שעולה להבליטות הווגאליות המרכזיות בקורטקס המוטורי, האונה המצחית, התלמוס והמוחון. תהליך זה משפר את הפלסטיות העצבית וארגון מחדש של הרשת³. בהשוואה לגירוי פולשני מסורתי של עצב הואגוס, ta-VNS שומר על יעילות טיפולית תוך הפחתת סיכוני ניתוח ושיעורי סיבוכים⁴. יתרונות אלו מבססים אותו כמוקד מחקר בולט במדעי השיקום ^5,6,7.

ראיות קליניות תומכות ביעילות שילוב של ta-VNS ואימון מוטורי בשיפור התפקוד המוטורי לאחר שבץ. צ'אנג ואח^' חילקו 36 חולי שבץ עם פגיעה בגפה העליונה לשתי קבוצות: TA VNS פעיל בשילוב עם אימון מוטורי רובוטי לעומת ta-VNS מזויף עם אימון רובוטי. קבוצת ה-ta-VNS הפעילה הראתה שיפור משמעותי יותר בספסטיות הגפה העליונה ובפעילות האלקטרומיוגרפיה מאשר קבוצת ההזמה, מה שמעיד על שיפור בהתאוששות מוטורית. בהשלמת ממצאים אלו^{, ג'נג} ואח' השתמשו בפוטנציאלים מוטוריים מעוררים כדי להראות כי חולי שבץ שקיבלו ta-VNS מסונכרן עם אימון רובוטי הראו עלייה בהתעוררות מוטורית ראשונית (M1) (אמפליטודה) ויעילות הולכה משופרת (הפחתת השהייה) בהשוואה לאלו שקיבלו אימון רובוטי בלבד. דבר זה מצביע על כך ששילוב של ta-VNS מקדם ארגון מחדש תפקודי של הקורטקס כדי לשפר את ההתאוששות המוטורית.

עם זאת, התערבויות משולבות קיימות בדרך כלל משתמשות בגירוי לולאה פתוחה עם פרמטר קבוע, ללא תגובתיות דינמית ללולאה סגורה למצבים עצביים. כדי להתמודד עם מגבלה זו, עיצבנו מערכת סגורה חדשנית המופעלת על ידי אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) המשלבת את ta-VNS עם אימון מוטורי מבוסס ממשק מוח-מחשב (BCI) (איור 1), הכוללת ארבעה רכיבים: מערכת סנכרון, יחידת רכישת EEG, כפפה פנאומטית לשיקום ידיים, ומכשיר ta-VNS. יחידת רכישת ה-EEG לוכדת מעורבות מוחית הקשורה לכוונה מוטורית על ידי פענוח אותות EEG, תוך שימוש במאפייני מעורבות בזמן אמת כסמן ביולוגי להפעלת כפפת הפנאומטית ומכשיר ta-VNS¹⁰. שני המכשירים מתחברים למארח הסנכרון דרך פורטים סידוריים קוויים. כאשר מעורבות המוח מגיעה לסף מוגדר מראש, המכשירים פועלים באופן סינכרוני, ומאפשרים התערבות ta-VNS בלולאה סגורה המותאמת בדיוק לאימון מוטורי. סנכרון זה משוער כמגביר את היעילות הסינפטית בין הקורטקס המוטורי לנוירונים המוטוריים של עמוד השדרה, שכן מחקרים קודמים מציעים כי ta-VNS בשילוב עם אימון מוטורי יכולים לווסת את ההתעוררות הקורטיקלית ואת התפקוד הסינפטי¹¹. לעומת זאת, ta-VNS אינו מופעל אם ערך המעורבות המוחי נמוך מהסף. צפוי שמערכת זו עשויה לחזק את הקישור הקורטיקוספינלי ולקדם פלסטיות סינפטית, בהתחשב בכך ש-ta-VNS במעגל סגור המסונכרן עם התנועה הראה פוטנציאל לשיפור^תוצאות ההתאוששות המוטורית, ובכך מבטיח רבות למחקרי השיקום הנוירולוגי.

המערכת מתאימה בעיקר לחולי שבץ החווים לקוי בתפקוד המוטורי של הגפה העליונה. הזכאות דורשת מהמטופלים להיות בעלי יכולת קוגניטיבית מספקת לציות למשימות וכן סימני חיים יציבים. התוויות נגד מרכזיות כוללות נוכחות של מכשירים אלקטרוניים מושתלים, נגעים או חריגות עור באתר הגירוי האוזני, פתולוגיה של עצב הואגוס צוואר הרחם מאובחנת, או הפרעות קצב ספציפיות. מגבלות תפעוליות כוללות את הצורך בצוות מיומן שיבצע את ההתערבות ומעקב רציף במהלך המפגשים הראשוניים כדי להבטיח סבילות לגירוי ובטיחות פרוצדורלית.

בהתחשב בחדשנות של מערכת משולבת זו, פרוטוקול יישום סטנדרטי הוא חיוני להבטחת ניהול ושכפול עקביים של השיטה. לכן, המטרה העיקרית של מאמר מתודולוגי זה היא להציג פרוטוקול סטנדרטי למערכת ta-VNS בלולאה סגורה, המסונכרן עם אימון מוטורי מבוסס BCI. יתרה מזאת, באמצעות הערכה פונקציונלית מבוססת EEG במקרה מייצג, שאפנו לחקור באופן ראשוני את ההשפעות הנוירומודולטוריות של מערכת ta-VNS סגורה המסונכרנת עם אימון מוטורי מבוסס BCI לעומת ta-VNS מזויף שמסונכרן עם אימון מוטורי מבוסס BCI. עבודה זו מייסדת את הבסיס המתודולוגי ומדגימה את ההיתכנות הראשונית של יישום התערבות מסונכרנת זו בסביבה קלינית.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחקר אושר על ידי איגוד האתיקה הרפואית של בית החולים השביעי המסונף של אוניברסיטת סון יאט-סן (שנזן, סין) (מספר אישור: KY-2025-318-01) ב-30 באפריל 2025. הניסוי נרשם ברישום הניסויים הקליניים הסיני (מספר רישום: ChiCTR2500104317) ב-16 ביוני 2025. הנבדק חתם על טופס ההסכמה המודעת.

1. גיוס

קריטריוני הכללה
1. גייסו נבדקים עם אבחנת שבץ העומדת בקריטריונים (כולל דימום מוחי ואוטם) שנקבעו על ידי הכנס האקדמי הלאומי הרביעי למחלות כלי דם מוחיות.
2. גייסו נבדקים עם אפיזודה ראשונה, דימום מוחי מאומת או אוטם מוחי באמצעות CT גולגולתי או MRI, למשך שבועיים ≤ מחלה ≤ 6 חודשים.
3. גייסו נבדקים בגילאי 18-80.
4. גייסו נבדקים עם מבחן מצב מנטלי קטן (MMSE) ≥21.
5. גייסו נבדקים עם תפקוד מוטורי לקוי לאחר שבץ בגפיים העליונות ובידיים.
6. גייס נבדקים עם סימני חיים יציבים.
7. גייסו נבדקים עם הסכמה מדעת חתומה מרצון.
קריטריוני החרגה
1. יש להוציא נבדקים עם היסטוריה של פגיעה או ניתוח דו-צדדי/חד-צדדי בעצב הואגוס החד-צדדי.
2. להוציא נבדקים עם קוצב לב או נוירוסטימולטורים.
3. להוציא נבדקים עם תפקוד קוגניטיבי לקוי.
4. יש להוציא נבדקים עם זיהום, כיבים או צלקות באתרי הגירוי.
5. יש להוציא נבדקים עם קצב לב <60 פעימות לדקה.
6. להוציא נשים במהלך ההריון וההנקה.
7. להוציא נבדקים עם לקות ראייה או שמיעתית חמורה שמונעת תפיסת רמזים ניסיוניים.

2. איסוף מידע בסיסי

אסוף ותיעד את המידע הבסיסי של הנבדק, כולל גיל, מין, משך מחלה, סוג שבץ, הצד ההמיפלגי, שלב ברונסטרום ביד, והערכת פוגל-מאייר לתפקוד המוטורי בגפה העליונה (FMA-UE).
ליישם עיצוב קרוסאובר בתוך הנבדק, שבו הנבדק משלים את שני תנאי ההתערבות: ta-VNS סגור מסונכרן עם אימון מוטורי מבוסס BCI ו-ta-VNS מזויף מסונכרן עם אימון מוטורי מבוסס BCI, המופרדים על ידי תקופת כישלון של 6 ימים.

3. מערכת ta-VNS בלולאה סגורה שהסתנכרה עם אימון מוטורי מבוסס BCI

הכנה לנושא
1. לפני ההתערבות הרשמית, כל המשתתפים קיבלו הסבר מקיף על ההליך הניסויי והשלימו מפגש תרגול קצר כדי לוודא שהם מבינים את משימת הדימוי המוטורי ויכולים לתפוס את כל הרמזים הוויזואליים והשמיעתיים בצורה ברורה.
הכנה מקדימה למבחן
1. הכינו תמיסה אלקטרוליטית של 3% NaCl על ידי הוספת 4.5 גרם נתרן כלוריד ל-150 מ"ל מים טהורים, ואז נערו בעוצמה עד שהמסה מלאה.
2. הכינו את תמיסת האלקטרוליט במיכל, ואז טבלו 32 פדים כותנה והשרו בטמפרטורת החדר למשך 3–5 דקות.
3. סחטו מים עודפים מהפדים מכותנה.
4. הכנס את מחזיק הפד מכותנה לבסיס האלקטרודה לאורך חריץ הכרטיס.
5. לחץ את בסיס האלקטרודה תוך כדי סיבוב בכיוון השעון עד שנשמע קליק.
6. התקן ברצף 30 אלקטרודות EEG ו-2 אלקטרודות EOG, וממקם את האלקטרודה הייחוס ב-CPz ואת אלקטרודת הארקה ב-FPz.
7. לבש את כובע ה-EEG ולאתר את נקודת ה-Cz באמצעות מערכת 10-10 הבינלאומית.
  1. רכישת אותות EEG באמצעות מערכת רכישה וניתוח EEG אלחוטית רב-ערוצית מבוססת מלח עם 32 ערוצים. לפי מערכת 10-10 הבינלאומית, ממקם את האלקטרודה הייחוס ב-A1 (תנוך האוזן השמאלית), והמקם את האלקטרודה הארקעית ב-AFz (קו אמצע חזיתי). ההתקנה כללה 30 אלקטרודות הקלטה ו-2 אלקטרודות EOG.
  2. הגדר את מפרט המגבר כך: התנגדות קלט של 1 GΩ, רעש קלט < 0.4 מיקרו-וולט, ויחס דחייה במצב משותף של -120 dB. שמרו על התנגדות ממשק האלקטרודה-עור מתחת ל-5 kΩ במהלך ההקלטות, ודגימו את אותות ה-EEG בתדר 250 הרץ.
8. מקמו את אלקטרודת Cz בקודקוד — החיתוך של הקו הבין-אוזניים (שמחבר בין שתי תנוכי האוזניים) וקו הנזיו-ברגמטי (שמתחיל מהקצה האף אל הגלבלה)
9. התקן את המגבר על ידי הכנסתו בעדינות לתוך תקע מכסה ה-EEG והקבעתו למכסה.
10. חבר את אלקטרודת הגירוי של קליפס האוזן למארח ta-VNS.
11. הסר את מטוש האלכוהול ונקה את הקונכה האוזנית של הנבדק.
12. החלו את אלקטרודת הגירוי על הקונכה האוזנית.
13. לבשו את הכפפה הפנאומטית והתאימו להתאמה נוחה כדי למנוע הידוק יתר או התרופפות שיפגעו בתוצאות האימון.
מימוש תוכנה
1. הפעל את מכשיר המארח של ta-VNS על ידי לחיצה והחזקה על הכפתור הירוק שנמצא בצד ימין שלו.
2. חבר את מגרה ta-VNS למערכת האימון המוטורי מבוססת BCI דרך ממשק USB.
  הערה: מגרה ta-VNS חובר למודול USB-to-TTL, שבאמצעותו יצר תקשורת סריאלית עם המחשב דרך כבל USB לסנכרון עם מערכת האימון המוטורי מבוססת BCI. הפורט הסידורי הוגדר עם קצב באוד של 38400 bps, ביט עצירה אחד, וללא פריטי.
3. השיק את תוכנת בדיקת תפקוד המוח (BCIServer-V1.0.0).
4. לחץ על כפתור Start Device בפינה הימנית העליונה, ואחריו כפתור 'זיהוי התנגדות' בצד שמאל, כדי להבטיח שההתנגדות של האלקטרודה תישאר מתחת ל-5 kΩ. אל תמשיך עם הריצה עד שכל האלקטרודות מראות התנגדות של ≤ 5 kΩ והמדד ירוק/צהוב.
  1. אם מזוהה התנגדות גבוהה (מדד אדום), כוון על ידי: (1) סיבוב עדין של בסיס האלקטרודה, (2) מריחת מלח מחדש על הקרקפת, ו-(3) אופטימיזציה רציפה של כל אלקטרודה עד שהמדד הופך לירוק/צהוב.
  2. לצורך התנגדות גבוהה מתמשכת בכל אלקטרודה, הסר את מגש הכותנה, הרוויה אותו מחדש במי מלח, טען אותו מחדש לבסיס האלקטרודה, וסובב בעדינות עד להשגת הפחתת התנגדות.
5. הפעל את מערכת ta-VNS בלולאה סגורה המסונכרנת עם תוכנת אימון מוטורי מבוססת BCI (HandGame-V1.0.0) והזן את המידע הדמוגרפי של הנבדק: שם, מגדר ותאריך לידה.
6. גש להגדרות האימון והגדר: מהירות התכווצות: גבוה, אתר האימון: יד שמאל, קושי בדימוי מוטורי: נמוך, ומשך האימון: 20 דקות.
  הערה: פרמטר מהירות ההתכווצות מגדיר את מהירות הזווית של מפרקי האצבעות של כפפת הפנאומטיים. ההגדרה 'גבוהה' מתאימה לכ-68°/שנייה, בעוד שההגדרה 'נמוכה' מתאימה ל-30°/שנייה. הבחירה צריכה להיות מותאמת בהתאם לטון השרירים של המטופל; לדוגמה, 'מהירות גבוהה' אינה מתאימה למטופלים עם ספסטיות. במקרה הנוכחי, נבחרה הגדרה 'גבוהה' שכן המטופל (שלב ברונסטורם I, שלב רפוי) הראה טונוס שרירים נמוך. קושי הדימוי המוטורי מוגדר על ידי סף המעורבות המוחי המינימלי הנדרש להפעלת מערכת האימון המוטורי מבוססת BCI בתוך תקופת המשימה של 5 שניות. הסף מוגדר ל-50 לרמה 'נמוכה', 60 לרמה 'בינונית', ו-80 לרמה 'גבוהה'. למפגש האימון הראשוני של מטופל זה, נבחרה רמת הקושי ה'נמוכה'. התאמות נוספות ברמת הקושי נעשות בהתאם לביצועי המטופל, בעיקר בהתחשב במספר הטריגרים המוטוריים המוטוריים שהושגו במהלך האימון.
7. כוונן את עוצמת הזרם באמצעות התחלה ברירת מחדל של 1 mA וטווח מותר של 0–8.0 mA, הגבר את הזרם בהדרגה של 0.2 mA עד שהמטופל מדווח על תחושת עקצוץ חזקה אך נוחה ללא כאב או אי נוחות. הפסיקו מיד את הגירוי אם המטופל חווה כאב או אי נוחות כלשהי (למשל, צריבה, עוויתות שרירים, סחרחורת, דפיקות לב או קוצר נשימה).
  הערה: פרמטרי ה-TA-VNS קבועים ב: תדר: 20 הרץ, רוחב פולס: 300 מיקרו-שנייה, ומשך גירוי: 5 שניות.
8. התחל אימון.
9. בצע אימון דימוי מוטורי מחזורי.
10. המשך במשימות אימון דימוי מוטורי בודד ברצף במחזור מובנה, כפי שמודגם באיור 2:
11. שלב מנוחה (5 שניות): רשמו את נתוני ה-EEG הבסיסיים במהלך שלב זה לכיול וניתוח נוספים.
12. תמונות מוטוריות ורכישת EEG (5 שניות):
  1. לבצע אימון דימוי לאחיזת ידיים באמצעות רמזים ויזואליים/שמיעתיים עם רכישת EEG סינכרוני. מעורבות המוח היא מדד חסר ממד שמקורו באות ה-EEG כדי לכמת את ריכוז תשומת הלב במהלך דימות מוטורי.
  2. דגמו את אותות ה-EEG בתדר 250 הרץ ועבדו אותם באמצעות מסנן פס-מעבר 8–30 הרץ כדי לשמור על התדרים הרלוונטיים. החלו חלון הזזה (אורך: 4 שניות, שלב: 1 שניות).
  3. חשב את צפיפות ספקטרום ההספק (PSD) באמצעות טרנספורמציית פורייה מהירה (FFT) עבור כל חלון. חשב את האנרגיה של רצועות האלפא (8-13 הרץ) ובטא (14-30 הרץ) (E_α ו-E_β), וגזור את היחס שלהם R = E_β / E_α. לאחר מכן, היחס R ננמל לערך שבין 0 ל-100. לאחר מכן חישבו את ערך מעורבות המוח באמצעות הנוסחה: מעורבות מוחית = 100 × (R - מינימום) / (מקסימום - מינימום), כאשר הקבועים האמפיריים מקסימום = 3.50 ומינימום = 0.35 נקבעו ממאגר נתונים של כיול קדום¹³.
13. שלב משוב וגירוי (5 שניות, תלוי בהצלחה): אם ערך המעורבות המוחי היה גבוה או שווה לסף המוגדר מראש של 50 במהלך תקופת המשימה, התחילו את תנועת הכפפה הפנאומטית ו-verum ta-VNS בו-זמנית למשך 5 שניות, מה שמהווה את ההתערבות המסונכרנת BCI-ta-VNS. אחרת, לא התרחש משוב פנאומטי ולא ta-VNS, וניתנו רמזים שמיעתיים לעידוד המטופל להתמיד.
14. סיום מערכת ta-VNS בלולאה סגורה המסונכרנת עם תוכנת אימון מוטורי מבוססת BCI לאחר האימון.

4. ה-ta-VNS המדומה הסתנכרן עם אימון מוטורי מבוסס BCI

עקבו אחרי שלבים 3.1 עד 3.3 באופן זהה, אך בשלב 3.3.7 הפחיתו את עוצמת ה-ta-VNS באימון מוטורי מבוסס BCI לאפס. כל הפרמטרים למעט זרם ta-VNS נשארים זהים לאלה המתוארים בסעיף 3. משך האימון היה 20 דקות.

5. עיבוד וניתוח נתוני EEG לא מקוון

הערה: עיבוד וניתוח נתוני EEG לא מקוונים בוצעו באמצעות MATLAB R2021a בשילוב עם ארגזי הכלים EEGLAB (v2024.2) ו-ERPLAB (v12.00). צינור העיבוד כלל שני שלבים עיקריים: עיבוד מוקדם וניתוח אנליטי.

קדם-עיבוד נתונים
1. ביצוע ייבוא נתונים והגדרת ערוץ:
  1. המרו את נתוני EEG הרציפים שנרכשו בפורמט .csv לפורמט .mat וייבאו אותם ל-EEGLAB. הגדר את קצב הדגימה ל-250 הרץ.
  2. טען את קובץ מיקום הערוץ התואם למכסה ה-EEG, ושרטט את מיקומי האלקטרודות כדי לאמת את הקואורדינטות שלהן. הסר את אלקטרודות ה-EOG שלא שימשו.
2. סינון: החלת מסנן פס FIR דו-כיווני (0.1–40 הרץ) על נתוני EEG במצב המשימה משתי ההתערבויות כדי להסיר סטייה בסיסית ולדכא רעש בתדר גבוה.
3. בצע אפוקינג.
  1. חלק את הנתונים לפי סימני אירועים. סימן 1 סימן את תחילת משימת הדימוי המוטורי. חלצו תקופות מ-2000- מילישניות עד +5000 מילישניות ביחס לסמן 1, אך בחרו רק את הניסויים שהופעלו בהצלחה (כלומר, אלה שהובילו לתוצאה 'הצלחה', שכן הניתוח הראשוני התמקד במצב המוח במהלך ניסויים אפקטיביים) לניתוח הבא.
  2. החלו תיקון בסיס באמצעות האינטרוול מ-2000 מילישניות ל-1000- מילישניות קדם-גירוי. יצא רשימת אירועים כדי לתעד את מספר ותזמון הסימנים.
4. הסר ארטיפקט.
  1. בדוק את הנתונים האפוצ'יים ויזואלית כדי לזהות ולדחות מקטעים חריגים וערוצים פגומים. אינטרפולציה זיהתה ערוצים פגומים. לאחר מכן, נתונים נתונים לניתוח רכיבים עצמאיים (ICA).
  2. השתמש בארגז הכלים של ICLabel כדי לסיווג אוטומטית רכיבים עצמאיים, ולהסיר את אלו שזוהו כארכיטקטים עיניים או שריריים עם הסתברות של מעל 90%. דחייה אוטומטית זו לוותה בבדיקה ידנית לאישור הסרת רכיבים הקשורים לממצאים.
5. הפניה מחודשת: הפניה מחדש לנתונים לממוצע של כל הערוצים.
ניתוח נתונים
1. ניתוח זמן-תדר: החלת טרנספורמציית גל על נתוני EEG במצב המשימה לניתוח זמן-תדר. השתמש בתקופה מ-2000 מילישניות עד -1000 מילישניות לתיקון קו בסיס. נתח את תופעת הדהסינכרוניזציה הקשורה לאירועים (ERD) באלקטרודה C4 בתוך חלון זמן של 0 מילישניות עד 5000 מילישניות.
2. ניתוח מפת ספקטרום וטופוגרפית של הספקטרום בעוצמה: חישב את ההספק הממוצע בפסי האלפא והבטא (8–30 הרץ) באמצעות FFT לאורך חלון זמן של 500 מילישניות עד 3000 מילישניות לאחר הקיו. צייר מפות טופוגרפיות של עוצמת הפס הממוצעת כדי להמחיש את ההתפלגות המרחבית של הפעלת קליפת המוח הסנסורית-מוטורית.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

חולה שבץ בן 37 עבר ברצף שתי התערבויות: מערכת ta-VNS סגורה המסונכרנת עם אימון מוטורי מבוסס BCI, ומערכת ta-VNS מדומה המסונכרנת עם אימון מוטורי מבוסס BCI. מאפייני הבסיס מוצגים בטבלה 1. פרמטרי התערבות מערכתית מוצגים בטבלה 2.

עבור מטופל השבץ, נרשם מספר ניסויי הדימות המוטורי המוצלחים בשני פרוטוקולי ההתערבות. במהלך 20 דקות של ta-VNS סגור שהסתונכרן עם אימון מוטורי מבוסס BCI, נרשמו 54 טריגרים מוצלחים, שכל אחד מהם החל 5 שניות של תנועת כ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקרים קודמים מאשרים כי סנכרון ta-VNS עם אימון מוטורי מסורתי מייעל את היעילות הטיפולית להחלמה מוטורית לאחר שבץ, ככל הנראה באמצעות נוירומודולציה מדויקת שמגבירה ארגון מחדש עצבי ^8,14. בהתבסס על ראיות אלו, הקמנו פרוטוקול ניסויי סטנדרטי והשתמשנו בסמנים ביולוגיים EEG לניטור דפוסי הפעלה סנסוריומוטוריים קורטיקליים, במיוחד בהתפלגויות טופוגרפיות של פס אלפא ובטא במהלך ההתערבות.

היישום והשלמות הניסויית של מערכת הל...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר זה נתמך על ידי קרן המדע הטבעי של גואנגדונג (2025A1515010360, 2023A1515010586), קרן המחקר הרפואי של שנזן (C2301002), קרן המחקר הבסיסי של שנזן (קרן המדע הטבעי) למחקר בסיסי (JCYJ20240813150305007), ותוכנית טכנולוגיית המאפיינים הקליניים של גואנגג'ואו (2023C-TS19).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
פדים אלכוהוליים	קבוצת הרפואה הרפואית בע"מ.		חיטוי עור
בקבוק אלקטרוליטים	חברת שיאן ג'נטאי לטכנולוגיה חכמה, בע"מ.		קיבולת: 150 מ"ל, משמשת לאחסון תמיסת אלקטרוליטים
הערכת פוגל-מאייר לתפקוד המוטורי של הגפה העליונה	ההערכה הסטנדרטית שפותחה על ידי החוקר השוודי פוגל-מאייר	FMA-UE	הוא משמש בעיקר להערכה קלינית של פעילויות רפלקס, שליטה מוטורית וחוזק השרירים של הגפיים העליונות של חולי שבץ.
מערכת הכשרה והערכה לשיקום תפקוד יד	חברת שיאן ג'נטאי לטכנולוגיה חכמה, בע"מ.	ZhenTec-H1	מערכת האימון שלטה בכפפות האימון השיקומי בצורה פנאומטית, וסייעה למטופלים לממש בהדרגה את אימון השיקום באמצעות אימון רב-מצב שיקום לשרירי היד. ההכשרה מעניינת מאוד, מעמיקה מאוד, ויש לה פונקציית הערכה, שיכולה להעריך את תפקוד היד של המטופל מצב ההחלמה.
מדדי דופק	שנג'ן חוויינג לטכנולוגיה אלקטרונית בע"מ.	HY-HRV-001	מעקב אחרי קצב הלב
כותנת לינגקה	חברת שיאן ג'נטאי לטכנולוגיה חכמה, בע"מ.		משמש לספיגת מי מלח ולהעברת אותות
מבחן מצב מנטלי קטן	ההערכה הסטנדרטית שפותחה על ידי מרשל פ. פולשטיין ואחרים.	MMSE	סינון מהיר של פגיעה קוגניטיבית במבוגרים
מים טהורים	China Resources Tianbo Beverage (China) Co., Ltd.	מים מטוהרים של ייבאו	150 מ"ל משמש להכנת תמיסת האלקטרוליטים
מערכת רכישה וניתוח EEG אלחוטית רב-ערוצית אלקטרודת מלח	חברת שיאן ג'נטאי לטכנולוגיה חכמה, בע"מ.	ZhenTec-NT1-G	ציוד רכישת ה-EEG היה מערכת רכישה וניתוח EEG אלחוטית רב-ערוצית עם אלקטרודות מלח עם 32 עופרים. לפי מערכת 10-10 הבינלאומית, היו 30 אלקטרודות רכישה ו-2 אלקטרודות עיניים. עכבת הכניסה של המכשיר הייתה 1 GΩ רעש הכניסה היה פחות מ-0.4 μ V, ויחס הדחייה במצב משותף היה -120 dB. התנגדות השחיקה של האלקטרודה הייתה מתחת ל-5 k&Omega, וקצב הדגימה של ה-EEG היה 500Hz.
כלוריד נתרן	חברת שיאן ג'נטאי לטכנולוגיה חכמה, בע"מ.		4.5 גרם, משמש להכנת תמיסת האלקטרוליטים
מגרה עצב הואגוס אוזני דרך העור	שנג'ן חוויינג לטכנולוגיה אלקטרונית בע"מ.	HY-TVNS-001	המוצר מורכב בעיקר ממארח מגרה עצב הואגוס לא פולשני, אלקטרודת שטח של מגרה עצב הואגוס לא פולשני, וכבל טעינה. האלקטרודות של המגרה ניתנות לשליטה באמצעות תוכנה, ופרמטרי הגירוי כוללים תדירות, רוחב פולס, זמן, מצב ועוד.
בקבוק הרטבה	חברת שיאן ג'נטאי לטכנולוגיה חכמה, בע"מ.		קיבולת: 250 מ"ל, משמשת להשריה של כותנה עם סיבים

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Andalib, S., et al. Vagus nerve stimulation in ischemic stroke. Curr Neurol Neurosci Rep. 23 (12), 947-962 (2023).
Hachem, L. D., Wong, S. M., Ibrahim, G. M. The vagus afferent network: Emerging role in translational connectomics. Neurosurg Focus. 45 (3), E2(2018).
Wang, Y., et al. Effect of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation on post-stroke dysphagia. J Neurol. 270 (2), 995-1003 (2023).
Lin, X., Fang, Y., Hu, H., Ye, Z. Efficacy and safety of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (ta-VNS) in the treatment of tinnitus: Protocol for an updated systematic review and meta-analysis. BMJ Open. 14 (5), e082906(2024).
Li, J. N., et al. Efficacy and safety of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation combined with conventional rehabilitation training in acute stroke patients: A randomized controlled trial conducted for 1 year involving 60 patients. Neural Regen Res. 17 (8), 1809-1813 (2022).
Wu, D., et al. Effect and safety of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation on recovery of upper limb motor function in subacute ischemic stroke patients: A randomized pilot study. Neural Plast. 2020, 8841752(2020).
Capone, F., et al. Transcutaneous vagus nerve stimulation combined with robotic rehabilitation improves upper limb function after stroke. Neural Plast. 2017, 7876507(2017).
Chang, J. L., et al. Transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS) delivered during upper limb interactive robotic training demonstrates novel antagonist control for reaching movements following stroke. Front Neurosci. 15, 767302(2021).
Li, Z., Zhicheng, B., Qi, Z., Xuyan, R., Min, S. Effects of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation combined with rehabilitation robot training on upper limb function in stroke patients. Chinese Journal of Rehabilitation Theory and Practice. 29 (06), 691-696 (2023).
Yanhui, Y., et al. Effects of visual-motor-induced brain-computer interface technology on upper limb motor and cognitive functions in stroke patients. Chinese Journal of Rehabilitation Theory and Practice. 29 (04), 472-478 (2023).
Wang, M. H., et al. Transcutaneous auricular vagus nerve stimulation with task-oriented training improves upper extremity function in patients with subacute stroke: A randomized clinical trial. Front Neurosci. 18, 1346634(2024).
Badran, B. W., et al. Motor-activated auricular vagus nerve stimulation as a potential neuromodulation approach for post-stroke motor rehabilitation: A pilot study. Neurorehabil Neural Repair. 37 (6), 374-383 (2023).
Yuan, Z., et al. Effect of BCI-controlled pedaling training system with multiple modalities of feedback on motor and cognitive function rehabilitation of early subacute stroke patients. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 29, 2569-2577 (2021).
Redgrave, J. N., et al. Transcutaneous auricular vagus nerve stimulation with concurrent upper limb repetitive task practice for poststroke motor recovery: A pilot study. J Stroke Cerebrovasc Dis. 27 (7), 1998-2005 (2018).
Liu, H., et al. An EEG motor imagery dataset for brain computer interface in acute stroke patients. Sci Data. 11 (1), 131(2024).
Fong, K. N. K., Ting, K. H., Zhang, J. J. Q., Yau, C. S. F., Li, L. S. W. Event-related desynchronization during mirror visual feedback: A comparison of older adults and people after stroke. Front Hum Neurosci. 15, 629592(2021).
Fu, J., Jiang, Z., Shu, X., Chen, S., Jia, J. Correlation between the erd in grasp/open tasks of BCIs and hand function of stroke patients: A cross-sectional study. Biomed Eng Online. 22 (1), 36(2023).
Bartur, G., Pratt, H., Soroker, N. Changes in mu and beta amplitude of the EEG during upper limb movement correlate with motor impairment and structural damage in subacute stroke. Clin Neurophysiol. 130 (9), 1644-1651 (2019).
Lima, J. P. S., et al. Unraveling transformative effects after tDCS and BCI intervention in chronic post-stroke patient rehabilitation-An alternative treatment design study. Sensors (Basel). 23 (23), 9302(2023).
Kang, D., Choi, Y., Lee, J., Park, E., Kim, I. Y. Analysis of taVNS effects on autonomic and central nervous systems in healthy young adults based on HRV, EEG parameters. J Neural Eng. 21 (4), (2024).
Dettmers, C., Benz, M., Liepert, J., Rockstroh, B. Motor imagery in stroke patients, or plegic patients with spinal cord or peripheral diseases. Acta Neurol Scand. 126 (4), 238-247 (2012).
Liepert, J., Greiner, J., Nedelko, V., Dettmers, C. Reduced upper limb sensation impairs mental chronometry for motor imagery after stroke: Clinical and electrophysiological findings. Neurorehabil Neural Repair. 26 (5), 470-478 (2012).
Tang, Z., et al. A BCI painting system using a hybrid control approach based on SSVEP and P300. Comput Biol Med. 150, 106118(2022).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

EEG

מערכת ta-VNS סגורה מסונכרנת עם אימון מוטורי מבוסס BCI לשיקום גפה עליונה לאחר שבץ

במאמר זה

סיכום

תקציר

מבוא

פרוטוקול

תוצאות

דיון

גילויים

תודות

חומרים

מקורות

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

מאמרים קשורים