연구 배경
BCI와 보조로봇의 결합은 뇌졸중 재활의 새로운 치료법이다. 그러나 기존 연구의 대부분은 복잡한 시스템 설정, 비싸고 부피가 큰 장비를 기반으로 합니다. 본 연구에서는 손 기능 재활을 위한 웨어러블 EEG 뇌-컴퓨터 인터페이스 시스템을 설계하여 임상시험을 수행하였다. 이 시스템은 맞춤형 EEG 캡, 상용 증폭기 및 손 외골격으로 구성됩니다. 또한 시스템에는 사용자의 편의를 위한 시각적 인터페이스가 포함되어 있습니다. 시험에는 시스템의 안전성과 효과를 확인하기 위해 6명의 건강한 참가자와 2명의 뇌졸중 환자가 등록되었습니다.
방법
시스템의 안전성과 유효성을 검증하기 위해 Shanghai Jiao Tong University의 건강한 피험자 6명(여성 1명, 남성 5명, 23±3세)과 Huashan 병원 재활 부서의 뇌졸중 환자 2명(전부 오른손 마비)을 대상으로 연구에 참여하기 위해 모집되었습니다. 피험자별로 6-분의 훈련 세션이 진행되었으며, 피험자는 시각 단서에 따라 오른손 운동 실행(뇌졸중 환자의 영향을 받은 손으로 움직임을 시도함)을 수행했습니다. 화면 오른쪽이나 중앙에 빨간색 사각형이 나타나 각각 동작 실행(또는 시도) 또는 휴식을 나타냅니다. 작업은 흰색 십자가가 사라질 때까지 4초 동안 지속됩니다. 건강한 대상자는 주먹 쥐기와 펴기를 3-4회 반복하는 것이 권장되며, 뇌졸중 환자는 운동 작업 중에 운동 시도를 하도록 지시받습니다. 온라인 테스트는 모든 빨간색 사각형이 화면 중앙에 표시되어 피험자가 손을 움직이거나(또는 운동 시도) 휴식을 취할 수 있다는 점을 제외하면 교육 세션과 유사했습니다. 테스트 결과는 작업 완료 직후 화면과 손 외골격을 통해 사용자에게 시각 및 고유 감각 피드백을 제공합니다. 각각 20개의 시도가 포함된 3개의 온라인 테스트 실행이 있습니다. 각 과목은 실행 사이에 휴식을 취할 수 있습니다. 모든 피험자는 실험 내내 추가로 안면 또는 팔 근육 운동을 자제하도록 요청받았습니다.
결과
오프라인 교육과 온라인 교육의 평균 정확도는 각각 84.91%와 79.38%입니다. 온라인 정확도가 70% 이상인 사람은 7명, 80% 이상인 사람은 5명, 90% 이상인 사람은 1명이었습니다.
ERSP(Event-related Spectral Perturbation)는감각 운동 피질은 오른손 운동 훈련 중에 두 밴드 모두에서 활성화되었으며 같은 쪽에서 더 강하게 활성화되었습니다.한편, 예상대로 제어되지 않은 상태는 C3 또는 C4 채널에서 유의미한 활성화를 나타내지 않았습니다. 온라인 테스트에서 왼쪽과 오른쪽 반구 모두 오른손 움직임을 수행하도록 활성화되었습니다.
결론
이 연구는 뇌졸중 후 손 기능 재활을 위한 웨어러블 뇌-컴퓨터 인터페이스 시스템을 시연합니다. 운동 과제 차별화의 결과는 이 장치의 실현 가능성을 예비적으로 확인하며, 이는 큰 임상 적용 가능성을 보여줍니다.
참조: Qin Z, Xu Y, Shu X 등 eConHand: 뇌졸중 재활을 위한 웨어러블 뇌-컴퓨터 인터페이스 시스템[C]// 2019 9신경 공학(NER)에 관한 국제 IEEE/EMBS 컨퍼런스. IEEE, 2019.
