Method Article

뇌졸중 후 상지 재활을 위한 BCI 기반 운동 훈련과 동기화된 폐쇄 루프 ta-VNS 시스템

DOI:

10.3791/69272

⸱

April 14th, 2026

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

In This Article

Summary

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

본 연구는 BCI 기반 운동 훈련과 동기화된 폐쇄 루프 ta-VNS 시스템의 표준화된 프로토콜을 시연합니다. 더 나아가, BCI 기반 운동 훈련과 동기화된 폐쇄 루프 ta-VNS 시스템의 효능을 샤므 ta-VNS와 비교하여, 뇌졸중 재활에서의 임상적 적용에 대한 중요한 근거를 제시합니다.

Abstract

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경피적 이방 미주신경 자극(ta-VNS)은 전극을 통해 이방 갑개에 전기 자극을 가하는 것을 포함합니다. 이로 인해 미주신경 구심성 섬유가 활성화되어 말초에서 뇌간으로 올라가는 경로를 시작하고, 궁극적으로 중심 미주신경 투사를 자극하고 신경 가소성을 촉진합니다. 이전 연구들은 ta-VNS와 운동 훈련을 병행하면 뇌졸중 후 운동 회복에 시너지 효과를 낸다는 것을 입증했습니다. 그러나 이러한 결합 접근법은 일반적으로 고정된 매개변수를 가진 개방루프 자극을 사용하여 동적 신경 활동에 대한 실시간 폐쇄 루프 반응성이 부족합니다. 이 한계를 해결하기 위해 뇌파검사(EEG) 트리거 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 운동 훈련과 동기화된 새로운 폐쇄 루프 ta-VNS 시스템을 개발했습니다. 이 시스템은 피질척수 결합을 강화하고 시냅스 가소성을 촉진하도록 설계되었습니다. 뇌졸중 환자에게 BCI 기반 운동 훈련과 동기화된 이 폐쇄루프 TA-VNS 시스템을 적용하기 위한 표준화된 프로토콜을 확립하였습니다. EEG 기반 기능 평가를 사용하여, BCI 기반 운동 훈련과 동기화된 폐쇄 루프 ta-VNS 시스템과 BCI 기반 운동 훈련과 동기화된 가짜 ta-VNS 시스템의 효과를 비교하였습니다. 이 연구는 뇌졸중 재활에 이 접근법을 임상적으로 적용하기 위한 방법론적·이론적 기반을 제공합니다.

Introduction

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경피적 이방 미주신경 자극(ta-VNS)은 뇌졸중 후 운동 장애를 완화하기 위해 사용되는 비침습적 신경조절 기법입니다. 이 방법은 전극으로 이심 막을 자극하여 미주신경의 이심 가지를 활성화하는 것을 포함합니다. 이러한 자극은 고독 핵(NTS)-고전좌(LC) 경로2를 시작하며, 이 경로는 운동 피질, 전두엽, 시상, 소뇌의 중심 미주신경 돌출부로 올라갑니다. 이 과정은 신경 가소성과 네트워크재조직을 강화합니다. 전통적인 침습적 미주신경 자극과 비교할 때, ta-VNS는 치료 효능을 유지하면서 수술 위험과 합병증 발생률을 줄입니다. 이러한 장점들은 재활과학 분야에서 중요한 연구 초점으로 자리매김합니다 5,6,7.

임상 증거는 ta-VNS와 운동 훈련의 결합이 뇌졸중 후 운동 기능 향상에 효과적임을 지지합니다. Chang 등은 상지 장애가 있는 뇌졸중 환....

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Protocol

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이 연구는 2025년 4월 30일 중국 선전에 위치한 쑨산대학교 제7부속병원 의학윤리협회(승인번호: KY-2025-318-01)로부터 승인받았습니다. 이 임상시험은 2025년 6월 16일 중국 임상시험 등록부(등록번호: ChiCTR2500104317)에 등록되었습니다. 피실험자는 사전 동의서에 서명했습니다.

1. 모집

  1. 포함 기준
    1. 제4차 전국 뇌혈관 질환 학술대회에서 정한 뇌출혈 및 경색 등 뇌졸중 진단 기준을 충족하는 피험자를 모집합니다.
    2. 첫 번째 에피소드가 뇌출혈 또는 뇌경색으로 두개골 CT 또는 MRI로 확인된 경우, 질병 기간이 2주≤ 6개월≤ 환자를 모집합니다.
    3. 대상 대상 연령은 18세에서 80세 사이입니다.
    4. 미니 정신 상태 검사(MMSE) ≥21 대상자를 모집합니다.
    5. 뇌졸중 후 상지와 손의 운동 기능 장애가 있는 대상자를 모집합니다.
    6. 활력 징후가 안정적인 피험자를 모집하세요.
    7. 자발적으로 서명된 사전 동의서를 가진 피험자를 모집하세요.
  2. 제외 기준

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Results

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37세 남성 뇌졸중 환자는 두 가지 중재를 연이어 받았는데, 하나는 BCI 기반 운동 훈련과 동기화된 폐쇄 루프 ta-VNS 시스템이고, 다른 하나는 BCI 기반 운동 훈련과 동기화된 가짜 TA-VNS 시스템입니다. 기초 특성 은 표 1에 제시되어 있습니다. 시스템 개입 매개변수는 표 2에 제시되어 있습니다.

뇌졸중 환자에 대해서는 두 중재 프로토콜 모두에서 성공적인 운동 영상 임상시험 수가 기록되었습니다. BCI 기반 운동 훈련과 동기화된 20분간의 폐쇄 루프 ta-VNS 동안 54회의 성공적인 트리거가 기록되었으며, 각 트리거는 5초간 동시에 공압 장갑 운동과 verum ta-VNS를 시작하여 총 유효 자극 시간은 270초(성공 트리거 수× 5초 단위로 계산됨). 20분 동안, BCI 기반 운동 훈련과 동기화된 가짜 TA-VNS 43회의 성공적인 트리거가 .......

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Discussion

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이전 연구들은 ta-VNS를 전통적인 운동 훈련과 동기화하는 것이 뇌졸중 후 운동 회복을 위한 치료 효과를 최적화하는 것으로 확인되었으며, 이는 신경 재조직을 촉진하는 정밀한 신경조절을 통해 가능할 것으로 보입니다 8,14. 이 증거를 바탕으로 표준화된 실험 프로토콜을 수립하고 EEG 바이오마커를 활용해 감각운동 피질 활성화 패턴을 모니터링하였으며, 특히 개입 기간 동안 알파 및 베타 밴드 지형 분포에 반영되었습니다.

폐루프 시스템의 구현과 실험적 무결성은 여러 중요한 절차에 의존합니다: 첫째, 국제 10-10 시스템(단계 3.2.7–3.2.8)에 따른 정확한 EEG 전극 배치와 임피던스 검증(단계 3.3.4)이 필수적입니다. 30개의 EEG와 2개의 EOG 전극을 최적 위치로 배치하면 신호 품질

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Disclosures

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

저자들은 공개할 이해 상충이 없습니다.

Acknowledgements

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이 연구는 광둥 자연과학재단(2025A1515010360, 2023A1515010586), 선전 의학 연구 기금(C2301002), 선전 기초연구특별 기초연구(자연과학재단 기초연구) JCYJ20240813150305007, 광저우 임상 특성 기술 프로그램(2023C-TS19)의 지원을 받았습니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
알코올 패드스테디 메디컬 그룹 주식회사피부 소독
전해질 병시안 진태 지능기술유한회사.용량: 150 mL, 전해질 용액 저장 사용
푸글-마이어의 상지 운동 기능 평가스웨덴 학자 푸글-마이어가 개발한 표준화 평가FMA-UE주로 뇌졸중 환자의 상지의 반사 활동, 운동 조절 및 근력 평가에 사용됩니다.
손 기능 재활 훈련 및 평가 시스템시안 진태 지능기술유한회사.젠텍-H1이 훈련 시스템은 재활 훈련 장갑을 공기압식으로 제어하며, 환자들이 손 근육에 대한 다중 모드 훈련
재활 훈련을 통해 점차 재활 훈련을 실현할 수 있도록 도왔습니다. 이 교육은 매우 흥미롭고 몰입감이 뛰어나며, 환자의 손 기능을 평가할 수 있는 평가 기능을 갖추고 있습니다< >회복 상태
심박수 모니터선전 후이잉 전자기술유한회사.하이-HRV-001심박수 모니터
링케 코튼시안 진태 지능기술유한회사.소금물을 흡수하고 신호를 전송하는 데 사용됩니다
미니 정신 상태 검사Marshal F. Folstein 등이 개발한 표준화 평가MMSE성인 인지 장애의 신속 선별
순수한 물중국 자원 톈보 음료(중국) 유한회사이바오 정수수전해질 용액 준비에는 150 mL가 사용됩니다
식염수 전극 무선 다채널 EEG 획득 및 분석 시스템시안 진태 지능기술유한회사.젠텍-NT1-GEEG 획득 장비는 32리드 식염수 전극 무선 다채널 EEG 획득 및 분석 시스템이었습니다. 국제 10-10 시스템에 따르면, 획득 전극은 30개, 안과는 2개였습니다. 장치의 입력 임피던스는 1 G와 Omega였고, 입력 잡음은 0.4 & μ 미만이었습니다; V, 그리고 공통 모드 거부비는 -120 dB였습니다. 전극 마모 임피던스는 5 k&Omega 미만이었고, EEG 샘플링 속도는 500Hz였습니다.
염화나트륨시안 진태 지능기술유한회사.4.5g, 전해질 용액 제조에 사용됨
경피 이방 미주신경 자극기선전 후이잉 전자기술유한회사.하이-TVNS-001이 제품은 주로 비침습적 미주신경 자극기 호스트, 비침습적 미주신경 자극기 표면 전극, 충전 케이블로 구성되어 있습니다. 자극기의 전극은 소프트웨어로 제어할 수 있으며, 자극 매개변수에는 주파수, 펄스 폭, 시간, 모드 등이 포함됩니다.
젖은 병시안 진태 지능기술유한회사.용량: 250 mL, 보풀 솜 담그는 용도로

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Andalib, S., et al. Vagus nerve stimulation in ischemic stroke. Curr Neurol Neurosci Rep. 23 (12), 947-962 (2023).
  2. Hachem, L. D., Wong, S. M., Ibrahim, G. M. The vagus afferent network: Emerging role in translational connectomics. Neurosurg Focus. 45

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Closed Loop ta VNSBrain Computer InterfaceMotor TrainingStroke RehabilitationUpper Limb RecoveryVagus Nerve StimulationEEG AssessmentNeural PlasticityCorticospinal CouplingSynaptic Plasticity
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