Dołącz do czytelników
Brak wyników

Nowoczesne metody fizjoterapii

7 stycznia 2013

NR 35 (Styczeń 2013)

Interfejsy mózg–komputer oparte na P300 w neurorehabilitacji

31

Postęp nauk medycznych oraz techniki medycznej powoduje ciągłe doskonalenie metod leczenia i rehabilitacji, niosąc ratunek i pomoc w cierpieniu pacjentom w coraz cięższych stanach, takich jak poważne deficyty neurologiczne powstałe wskutek uszkodzeń traumatycznych (w tym jako rezultaty wypadków komunikacyjnych), udarów, uszkodzeń rdzenia kręgowego, schorzeń neurodegeneracyjnych, chorób metabolicznych czy zatruć.

Pomimo uratowania życia specjalistom medycznym nie zawsze udaje się przywrócić pacjentów do pełnej poprzedniej sprawności poznawczej i funkcjonalnej, a jedynie do maksymalnej dla nich dostępnej w ramach procesu usprawniania. Coraz liczniejsza grupa pacjentów:

POLECAMY

  • osoby niepełnosprawne,
  • osoby w podeszłym wieku, u których zachodzą procesy neurodegeneracyjne wynikające z wieku,
  • przewlekle chorzy, u których opisywane deficyty mogą mieć charakter przejściowy – do czasu zakończenia powrotu do zdrowia, wymaga czasowego lub stałego uzupełnienia lub zastąpienia funkcji objętych deficytem za pomocą rozwiązań wspomagających.

Jednymi z najnowocześniejszych są interfejsy mózg–komputer (brain–computer interfaces – BCI) – urządzenia wykorzystujące pomiary aktywności elektrofizjologicznej pacjenta, np. sygnału elektroencefalograficznego (EEG) do pozamięśniowej komunikacji (np. z odpowiednio zaprogramowanym komputerem) lub sterowania. Jest to w pewnym sensie ziszczenie jednego z największych marzeń ludzkości o komunikacji i sterowaniu za pomocą myśli.

Interfejsy mózg–komputer służą do sterowania np.:

  • komputerem i uruchomionym na nim oprogramowaniem, takim jak edytory tekstu, syntezatory mowy,
  • innymi urządzeniami według potrzeb: neuroprotezą ruchową, wózkiem elektrycznym, egzoszkieletem, elementami otoczenia za pomocą technologii inteligentnego domu.

W artykule zaprezentowano wykorzystanie potencjału endogennego P300 na potrzeby komunikacji osób niepełnosprawnych za pomocą interfejsu mózg–komputer z wykorzystaniem systemu EGI’s Geodesic EEG System (GES) 300. Możliwości interfejsów mózg–komputer Zapis EEG, znany od ponad 80 lat (Hans Berger, 1924 r.), stanowi obecnie podstawę działania ponad połowy interfejsów mózg–komputer. Najpowszechniej wykorzystywane są trzy technologie:

  • potencjał endogenny P300 – komunikacja dzięki wykrywaniu w sygnale EEG reakcji na podświetlanie oczekiwanego znaku na macierzy cyfr i liter; celem jest wychwycenie różnicy przy podświetleniu tego znaku, o który chodzi myślącemu o nim pacjentowi,
  • elektryczne odpowiedzi wywołane SSVEP (steady-state visual evoked potentials) – komunikacja dzięki wykrywaniu zmian częstotliwościowych w sygnale EEG powstających przy skoncentrowaniu się pacjenta na jednym znaku spośród matrycy znaków (np. matrycy 3 × 3 pola), z których każdy miga z inną częstotliwością z przedziału 3,5–75 Hz; po skupieniu uwagi na jednym z mrugających znaków w sygnale EEG pojawia się składowa o częstotliwości skorelowanej z częstotliwością jej mrugania,
  • desynchronizacja i synchronizacja EEG związana z bodźcem ERD/ERS (event- -related desynchronization/synchronization) – komunikacja dzięki wykrywaniu zmian w sygnale EEG (np. mocy w danym paśmie), występujących wskutek wyobrażenia sobie przez pacjenta wykonania ruchu jedną dłonią i/lub stopą – wykorzystanie lateralizacji funkcji mózgu.

Od lat 70. XX w. sygnały neurofizjologiczne są wykorzystywane w neurorehabilitacji jako biologiczne sprzężenie zwrotne (biofeedback), w tym jako biofeedback oparty na EEG (neurofeedback). Również oddziaływanie w odwrotną stronę, tj. stymulatory aktywności mózgu lub stymuatory aktywności rdzenia kręgowego, są wykorzystywane m.in. w walce z chronicznymi bólami, chorobą Parkinsona czy dystonią, a ostatnio – nawet z otyłością.

Badania

Prowadzone przez zespół autorów niniejszego artykułu interdyscyplinarne badania realizują szereg celów znajdujących swoje źródło w przemianach społecznych w kierunku społeczeństwa informacyjnego, biopsychospołecznym modelu opieki zdrowotnej oraz zmianie postrzegania osób niepełnosprawnych w społeczeństwie. Do zasadniczych celów badań należą:

  • lepsze zrozumienie neurofizjologii i mechanizmów leżących u podstaw funkcjonowania organizmu,
  • lepsze zrozumienie złożonych procesów układu limbicznego oraz procesów poznawczych,
  • zrozumienie mechanizmów neuroplastyczności mózgu,
  • rozwój neurorehabilitacji oraz niezbędnego sprzętu i oprogramowania.

Badania są oparte na wykorzystaniu systemu EGI’s Geodesic EEG System (GES) 300 znajdującego się na wyposażeniu Instytutu Informatyki Uniwersytetu Marii Skłodowskiej-Curie w Lublinie, zapewniającego odczyt EEG za pomocą matrycy 256 elektrod, szybką instalację zespołu elektrod na głowie pacjenta, szerokie możliwości prowadzenia badań oraz przetwarzania i analizy pozyskanych w ten sposób danych. Dodatkowo system umożliwia nie tylko łatwą zautomatyzowaną kalibrację, ale również pozwala na uniknięcie szeregu błędów przy przetwarzaniu i analizie sygnałów. Umożliwia to łatwe przygotowanie pacjenta oraz wychwycenie różnic w analizowanym sygnale na potrzeby sterowania interfejsem mózg–komputer opartym na P300.

System (zdj. 1A–B) składa się z dwóch zasadniczych komponentów:

  • stanowiska operatora (m.in. komputer z oprogramowaniem),
  • stanowiska dla pacjenta (m.in. system EEG, zestaw przycisków, systemy czujników i kamer, monitor).
Zdj. 1A–B. Zestaw badawczy. A. Stanowisko operatora. B. Stanowisko dla pacjenta, tu przygotowane do badania P3000

 

Zdj. 1B.

 

Badanie P300 polega na analizie aktywności EEG pacjenta podczas czterech kolejnych sesji realizacji zadania: naciskania przycisku w momencie pojawienia się na ekranie monitora znaku „+” oraz braku naciśnięcia przycisku w odpowiedzi na pojawienie się na ekranie znaku „O”.

Analiza jest wykonywana po badaniu, na podstawie zapisu całej sesji. Kluczowe jest tu odróżnienie reakcji pacjenta na oba znaki w celu zidentyfikowania aktywności towarzyszącej zamiarowi wykonania ruchu. Szczegółowe rezultaty dotychczasowych badań są już w druku. Pokazują, że nowoczesna technika może skutecznie wspierać neurorehabil...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 10 wydań czasopisma "Praktyczna Fizjoterapia i Rehabilitacja"
  • Nielimitowany dostęp do całego archiwum czasopisma
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy