Nicht-invasive BCI-gesteuerte Assistive Geräte

Kurzzusammenfassung

Verletzungen, die das zentrale Nervensystem betreffen, können die kortikalen Wege zu den Muskeln stören und eine motorische Kontrolleverlust verursachen. Dennoch zeigt das Gehirn während der Bewegungsabsichten oder motorischen Vorstellungskraft (MI) immer noch sensorimotorische Rhythmen (SMRs), die als geistige Übung der kinästhetischen Aspekte einer Bewegung ohne tatsächliche Ausführung dienen. Gehirn-Computer-Interfaces (BCIs) können SMRs dekodieren, um assistive Geräte zu steuern und die funktionelle Wiederherstellung zu fördern. Trotz der schnellen Fortschritte in nicht-invasiven BCI-Systemen auf Basis von EEG bleiben zwei anhaltende Herausforderungen bestehen: Erstens, die Instabilität der SMR-Muster aufgrund der nicht-stationären Natur der neuralen Signale, die die BCI-Leistung über mehrere Tage erheblich beeinträchtigen und die Effektivität der auf BCI basierenden Rehabilitation behindern kann. Zweitens, die Unterscheidung von MI-Mustern, die feine Handbewegungen desselben Glieds entsprechen, bleibt aufgrund der geringen räumlichen Auflösung des EEG schwierig. Um die erste Herausforderung zu bewältigen, lernen die Probanden in der Regel, zuverlässige SMR zu erzeugen und die BCI-Kontrolle durch longitudinalen Training zu verbessern, so dass eine grundlegende Frage darin besteht, wie das Training der Probanden auf der SMR-Neurophysiologie beschleunigt werden kann. In dieser Studie hypothesieren die Forscher, dass die Gehirnconditionierung durch transkutane elektrische Rückenmarkstimulation, die angeblich eine kortikale Hemmung induziert, die neuralen Dynamiken einschränken und fokussierte, starke SMR-Modulationen in den folgenden MI-basierten BCI-Trainingssitzungen fördern würde - was zu einer beschleunigten BCI-Training führt. Um die zweite Herausforderung zu bewältigen, hypothesieren die Forscher, dass die neuroмышечная электрическая стимуляция (NMES), die kontingent auf die willentliche Aktivierung der primären motorischen Cortex durch MI angewendet wird, helfen kann, Muster der Aktivität, die mit verschiedenen Handbewegungen desselben Glieds in Verbindung stehen, durch die konstante Rekrutierung der separaten neuralen Wege, die mit jedem dieser Bewegungen innerhalb eines geschlossenen BCI-Systems verbunden sind, zu differenzieren. Die Forscher untersuchen die neuroplastischen Veränderungen, die mit dem Training mit beiden Stimulationsschemata in Verbindung stehen.