脳卒中後の上肢リハビリテーションのための閉ループTA-VNSシステム(BCIベースの運動トレーニングと同期)

Summary

本研究は、BCIベースの運動訓練と同期したクローズドループTA-VNSシステムの標準化されたプロトコルを示します。さらに、閉ループTA-VNSシステムをBCIベースの運動訓練と同期させたものと、偽TA-VNSの有効性を比較し、脳卒中リハビリテーションにおける臨床応用に関する重要な証拠を提供しています。

Abstract

経皮的耳腔迷走神経刺激(ta-VNS)は、耳蓋に電極を用いて電気刺激を施すものです。これにより迷走神経求心性線維が活性化され、末梢から脳幹への上昇経路が始まり、最終的には中心迷走神経の投射を刺激し神経可塑性を促進します。過去の研究では、ta-VNSと運動トレーニングを組み合わせることで、脳卒中後の運動回復に相乗効果があることが示されています。しかし、これらの複合アプローチは通常、固定パラメータを用いたオープンループ刺激を用いており、動的神経活動に対するリアルタイムのクローズドループ応答性を欠いています。この制限に対処するため、脳波(EEG)による起動運動訓練と同期した新規のクローズドループTA-VNSシステムを開発しました。このシステムは皮質脊髄の結合を促進し、シナプス可塑性を促進するために設計されました。脳卒中患者に対して、BCIベースの運動トレーニングと同期したこの閉ループTA-VNSシステムを適用するための標準化されたプロトコルを確立しました。EEGベースの機能評価を用いて、閉ループ型TA-VNSシステムとBCIベースの運動訓練と同期した偽型TA-VNSの効果を比較しました。本研究は、脳卒中リハビリテーションにおけるこのアプローチの臨床応用のための方法論的および理論的基盤を提供します。

Introduction

経皮的耳心神経刺激(ta-VNS)は、脳卒中後の運動障害を緩和するために用いられる非侵襲的な神経調節技術^です。この方法は、耳蓋を電極で刺激し、迷走神経の耳の枝を活性化させるものです。この刺激は、孤立核(NTS)-核環(LC)経路2^{を開始し、運動}皮質、前頭葉、視床、小脳の中央迷走神経突出部へと上昇します。この過程は神経可塑性とネットワーク再編成を促進します。³.従来の侵襲的迷走神経刺激と比較して、ta-VNSは治療効果を維持しつつ、手術リスクや合併症率を軽減します^。これらの利点により、リハビリテーション科学の重要な研究焦点となっています^5,6,7。

臨床的証拠は、ta-VNSと運動訓練の併用が脳卒中後の運動機能向上に有効であることを支持しています。Changら8は、上肢障害のある脳卒中患者36名を2つのグループにランダム化しました。ロボット運動トレーニングと組み合わせたアクティブTA-VNS....

Protocol

本研究は、2025年4月30日に中山大学第七附属病院(中国、深圳)医療倫理協会(承認番号:KY-2025-318-01)によって承認されました。この試験は2025年6月16日に中国臨床試験登録簿(登録番号:ChiCTR2500104317)に登録されました。被験者はインフォームドコンセントフォームに署名しました。

1. 採用

1. 参加基準
   1. 第4回全国脳血管疾患学術会議で定められた脳出血および梗塞を含む脳卒中診断の被験者を募集します。
   2. 初回発作で脳出血または脳梗塞が確認された被験者を、頭蓋CTまたはMRIで2週間経≤、病期≤6か月。
   3. 対象者は18歳から80歳の対象者です。
   4. ミニメンタルステート検査(MMSE)≥21を対象に被験者を募集します。
   5. 上肢および手の脳卒中後運動機能障害を持つ被験者を募集します。
   6. バイタルサインが安定した被験者を募集してください。
   7. 被験者は自発的に署名したインフォームドコンセントをもって対象者を募集します。
2. 除外基準
   1. 両側性または片側迷走神経損傷や手術の既往歴がある被験者は除外します。
   2. ペースメー....

Results

37歳の男性脳卒中患者は、BCIベースの運動トレーニングと同期したクローズドループのTA-VNSシステムと、BCIベースの運動トレーニングと同期した偽のTA-VNSシステムという2つの介入を連続して受けました。基準的特徴 は表1に示されています。システム介入パラメータは 表2に示されています。

脳卒中患者については、両介入プロトコルで運動画像試験の成功数が記録されました。BCIベースの運動訓練と同期した20分間のクローズドループTA-VNSでは、54回の成功したトリガーが記録され、それぞれ5秒の同時空気圧手袋運動とverum ta-VNSが開始され、合計有効刺激時間は270秒(成功したトリガーの数×5秒で計算)となりました。20分間のシャムta-VNSとBCIベースの運動訓練を同期させた中で、43回の成功したトリガーで空気圧手袋が1回あたり5秒作動し、同時にシャムTA-VNS(0 mA)も同時に行い、合計215秒の有効手袋起動時間を実現しました。<.......

Discussion

先行研究では、ta-VNSを従来の運動トレーニングと同期させることで、神経再編成を促進する精密な神経調節によって脳卒中後の運動回復の治療効果が最適化されることが確認されています(^8,14)。この証拠を基に、標準化された実験プロトコルを確立し、特に介入中のアルファバンドおよびベータバンドのトポグラフィック分布に反映される感覚運動皮質活性化パターンを監視するためにEEGバイオマーカーを用いました。

クローズドループシステムの実装と実験的完全性は、いくつかの重要な手順に依存します。まず、国際的な10-10システム(ステップ3.2.7–3.2.8)に基づく正確なEEG電極配置とインピーダンス検証(ステップ3.3.4)が不可欠です。30個のEEG電極と2個のEOG電極の最適な位置合わせにより信号品質¹⁵が決定され、運動画像の復号精度を制御し、同期したTA-VNS.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
アルコールナプキン	ステディ・メディカル・グループ株式会社		皮膚消毒
電解質ボトル	西安振泰インテリジェントテクノロジー有限公司		容量:150 mL、電解質溶液の貯蔵に使用されます
上肢運動機能のフグル・マイヤー評価	スウェーデンの学者フグル・マイヤーによって開発された標準化評価	FMA-UE	主に脳卒中患者の上肢の反射活動、運動制御、筋力の臨床評価に用いられます。
手機能リハビリテーショントレーニング・評価システム	西安振泰インテリジェントテクノロジー有限公司	ZhenTec-H1	トレーニングシステムはリハビリテーショントレーニンググローブを空気圧的に制御し、患者がマルチモードトレーニング 手の筋肉リハビリテーショントレーニングを通じて徐々にリハビリテーショントレーニングを実感できるよう支援しました。このトレーニングは非常に興味深く、没入感が高く、患者の手の機能を評価する機能も備えています<>回復状態
心拍数モニター	深圳慧英電子技術有限公司	HY-HRV-001	心拍数をモニターしてください
リンケ綿	西安振泰インテリジェントテクノロジー有限公司		塩水を吸収し信号を送信するために使われます
ミニ精神状態検査	Marshal F. Folsteinらによって開発された標準化評価	MMSE	成人認知障害の迅速スクリーニング
純粋な水	中国資源天博飲料(中国)有限公司	宜宝浄水	電解質溶液の調製には150 mLが使用されます
生理食塩水電極無線多チャンネルEEG取得解析システム	西安振泰インテリジェントテクノロジー有限公司	ZhenTec-NT1-G	EEG取得装置は、32誘導の生理食塩電極無線多チャンネルEEG取得・解析システムでした。国際的な10-10システムによると、取得用電極は30、眼科用電極は2つありました。デバイスの入力インピーダンスは1 G&Omegaで、入力ノイズは0.4 & μ未満でした。Vであり、共通モードのリジェクション比は-120 dBでした。電極の摩耗インピーダンスは5k&Omegaを下回り、EEGサンプリングレートは500Hzでした。
塩化ナトリウム	西安振泰インテリジェントテクノロジー有限公司		4.5 g、電解質溶液の調製に使用
経皮的耳細迷走神経刺激装置	深圳慧英電子技術有限公司	HY-TVNS-001	製品は主に非侵襲的迷走神経刺激ホスト、非侵襲性迷走神経刺激器表面電極、充電ケーブルで構成されています。刺激装置の電極はソフトウェアで制御可能で、刺激パラメータには周波数、パルス幅、時間、モードなどが含まれます。
濡れ瓶	西安振泰インテリジェントテクノロジー有限公司		容量:250 mL、綿の綿浸しに使用されます