Molte persone che hanno avuto un ictus hanno difficoltà a muoversi, anche dopo la terapia con i migliori esperti e metodi. Nuovi modi per rendere più efficace la terapia dell’ictus potrebbero aiutare le persone a recuperare più efficacemente. Alcuni gruppi di ricerca hanno sviluppato sistemi di interfaccia cervello-computer (BCI) che possono misurare quando un paziente con ictus immagina il movimento della mano registrando le onde cerebrali. Abbiamo sviluppato una BCI che ha usato l’attività cerebrale di ogni paziente per controllare uno stimolatore muscolare e un monitor durante la terapia. I pazienti ricevevano un feedback gratificante durante la terapia quando immaginavano correttamente un movimento. Abbiamo testato 51 pazienti, alcuni dei quali avevano avuto un ictus molti anni fa. 49 pazienti sono migliorati dopo la terapia, in base ai risultati di test standardizzati. Pertanto, la terapia basata sulla BCI potrebbe aiutare alcuni pazienti con ictus. Pensiamo che nei prossimi anni ci saranno ulteriori progressi che porteranno a terapie più efficaci utilizzando le BCI.
Un ictus è un tipo di danno cerebrale che sta diventando più comune perché le persone vivono più a lungo. Un ictus avviene quando un vaso sanguigno nel cervello è bloccato o inizia a sanguinare. In entrambi i casi, alcune parti del cervello non ricevono l’apporto di sangue di cui hanno bisogno, il che può causare gravi danni al cervello. Dopo un ictus, è importante che il paziente raggiunga immediatamente un ospedale. I medici a volte possono aiutare i pazienti a recuperare alcuni dei danni cerebrali entro pochi giorni dall’ictus. Tuttavia, anche con il trattamento ospedaliero, molti pazienti hanno danni cerebrali gravi e duraturi e hanno bisogno di una terapia estesa.
Il cervello è composto da due metà, chiamate emisfero destro e sinistro. Di solito, un ictus colpisce solo un emisfero, quindi alcuni sopravvissuti all’ictus hanno difficoltà a muovere il lato sinistro o destro del corpo. In casi gravi, il braccio e la gamba di un paziente sul lato destro o sinistro possono essere completamente paralizzati. In molti casi più lievi, i pazienti hanno problemi solo con un braccio o una gamba (non entrambi) e possono eseguire quasi tutti i movimenti normalmente. L’ictus può causare un altro problema chiamato spasticità. Questo significa che alcuni muscoli sono troppo tesi. I pazienti possono avere dolore, difficoltà di movimento, movimenti involontari e altri problemi.
La difficoltà di movimento può portare a molte sfide. I sopravvissuti all’ictus potrebbero non essere in grado di lavorare o godersi i loro sport o hobby preferiti. Potrebbero aver bisogno dell’aiuto di amici e familiari, e potrebbero avere problemi finanziari per la perdita del lavoro e i costi del trattamento e dell’assistenza. Alcuni sopravvissuti all’ictus sono a disagio a stare in pubblico perché pensano che la gente li prenda in giro per la loro disabilità. Queste sono solo alcune ragioni per cui abbiamo bisogno dei migliori approcci e tecnologie possibili per aiutare i pazienti colpiti da ictus a recuperare la capacità di muoversi.
Immaginate un paziente con un ictus che non è più in grado di muovere una mano. Per trattare i pazienti colpiti da ictus, i terapisti spesso chiedono al paziente di immaginare o tentare certi tipi di movimenti della mano. Nel corso di decine di sessioni di terapia, questo aiuta il cervello a imparare di nuovo come controllare la mano colpita. Una misurazione chiamata elettroencefalogramma (EEG) è stata usata per molti anni per misurare l’attività elettrica del cervello [4]. Questa tecnica utilizza piccoli dischi di metallo chiamati elettrodi, che vengono posizionati sulla testa. L’EEG può dirci quali aree del cervello sono attive. Per esempio, mettendo gli elettrodi sopra le aree cerebrali responsabili del movimento e della sensazione, possiamo studiare l’attività cerebrale che avviene quando una persona si muove o prova una sensazione.
L’EEG può essere combinato con un’interfaccia cervello-computer (BCI) per creare un nuovo tipo di terapia per l’ictus. Una BCI è un sistema che può fornire un feedback in tempo reale sull’attività del cervello alla persona che riceve la terapia. Il sistema BCI può rilevare quando i pazienti immaginano i movimenti corretti della mano e può far sapere ai pazienti se quei movimenti sono corretti. Per esempio, se il paziente immagina un movimento della mano sinistra, allora una mano di cartone animato sul monitor potrebbe imitare quel movimento, mentre uno stimolatore muscolare aiuta la mano sinistra a muoversi. In questo modo, il paziente riceve un feedback gratificante dal sistema solo quando esegue correttamente il movimento immaginato. Vedere la mano di un cartone animato muoversi mentre si sentono anche le proprie mani muoversi può aiutare a motivare i pazienti e incoraggiare il loro cervello a riapprendere le funzioni motorie.
Abbiamo chiesto a 51 pazienti di partecipare al nostro studio. Questi pazienti avevano 61 anni, in media, e hanno avuto i loro ictus una media di 37 mesi prima dello studio. Alcune persone credono che i pazienti che hanno avuto ictus più di 12 mesi fa probabilmente non miglioreranno, ma abbiamo ipotizzato il contrario.
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I pazienti hanno partecipato a due valutazioni preliminari prima della terapia. Nelle valutazioni preliminari, abbiamo condotto test per studiare le abilità motorie di ciascun paziente e altri fattori. Le pre-valutazioni sono state fatte in due giorni diversi, separati da un mese, per assicurarci di avere una buona comprensione delle capacità dei pazienti prima della terapia. Poi, i pazienti hanno partecipato a 25-31 sessioni di terapia BCI con un terapeuta autorizzato. Ogni sessione è durata circa 1 ora, e la maggior parte dei pazienti ha fatto 2 sessioni a settimana (Figura 1). In seguito, abbiamo fatto tre post-valutazioni per studiare come è cambiato ogni paziente. La prima post-valutazione è stata fatta immediatamente dopo l’ultima sessione di terapia, e altre post-valutazioni sono state fatte uno e sei mesi dopo.
Abbiamo esplorato l’effetto della terapia BCI misurando tre fattori separati:
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L’accuratezza della BCI è un modo per misurare l’impegno di ogni paziente nei compiti di immaginazione motoria. Un’elevata accuratezza della BCI indica che il paziente presta attenzione ai compiti e immagina i movimenti correttamente. Se il paziente non immagina alcun movimento, allora l’accuratezza della BCI sarà intorno al 50%. Pertanto, una bassa accuratezza potrebbe indicare che il paziente non sta partecipando o non sta immaginando correttamente i movimenti. Un terapista potrebbe quindi allenare il paziente per aiutarlo a migliorare l’accuratezza della BCI (Figura 2A).
Figura 2 – (A) Accuratezza della BCI dalle sessioni di terapia da 1 a 31 per un paziente. All’inizio, l’accuratezza della BCI nel classificare il movimento della mano sinistra rispetto a quello della mano destra era del 65%. L’accuratezza è migliorata con ulteriori sessioni di terapia e ha raggiunto il 100% nella sessione 25. (B) Attivazione cerebrale prima e dopo 31 sessioni di terapia BCI. Il colore bianco prima della terapia indica che non c’è attivazione cerebrale per produrre movimenti della mano e delle dita, mentre il colore rosso dopo la terapia indica una maggiore attivazione cerebrale. C3 è il nome della posizione dell’elettrodo sull’area del cervello responsabile del movimento della mano destra.
L’attività cerebrale viene misurata durante tutta la terapia BCI. Di solito, nelle prime sessioni di terapia, le aree di movimento del cervello non lavorano insieme in modo efficace. Nel corso delle settimane di terapia, spesso vediamo che le aree di movimento del cervello diventano molto più attive (Figura 2B). I colori nella Figura 2B indicano l’attivazione cerebrale a diverse frequenze su aree che sono importanti per il movimento. L’asse delle ascisse indica il tempo di ogni prova; le aree più a destra indicano tempi successivi nella prova. L’asse delle y riflette le diverse frequenze. Le aree più basse del grafico sono frequenze più basse (indicate dalla lettera greca mu) e le aree più alte del grafico sono frequenze più alte (indicate dalla lettera greca beta).
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L’effetto più importante della terapia BCI è aiutare i pazienti a ritrovare il movimento. La Figura 3A mostra uno strumento che terapisti e scienziati usano per testare il movimento del polso e della mano, chiamato Nine-Hole Peg Test perché il paziente deve prendere nove piccoli pioli e metterli in nove piccoli fori. Abbiamo chiesto ai pazienti di eseguire questo test con entrambe le mani diverse volte durante il processo di terapia e abbiamo monitorato il tempo necessario per completare il test. Se la terapia BCI ha aiutato un paziente a riacquistare il movimento, abbiamo visto una diminuzione del tempo necessario al paziente per completare questo test nel corso delle sessioni di terapia (Figura 3B).
Figura 3 – (A) Il Nine-Hole Peg Test può essere usato per testare il movimento del polso e della mano. (B) Risultati che mostrano il miglioramento del movimento della mano di un paziente durante la terapia BCI. Il tempo per completare il compito con la mano interessata (destra) è diminuito da 7 minuti e 26 secondi all’inizio della terapia a 1 minuto e 14 secondi dopo 28 terapie. (C) Riassunto di tutti i test di funzione motoria, combinati, per tutti i pazienti studiati. Se la barra è sopra lo zero, il movimento è stato migliorato dopo la terapia. 49 pazienti hanno mostrato miglioramenti, mentre solo 2 pazienti hanno mostrato una diminuzione del movimento (uno ha avuto un altro ictus e l’altro non ha prestato attenzione).
Abbiamo usato molti test oltre al Nine-Hole Peg Test per misurare il dolore, la spasticità, la concentrazione, la memoria e la capacità dei pazienti di eseguire diversi movimenti con e senza aiuto. Alcuni test erano solo questionari che chiedevano informazioni sulle attività quotidiane, come ad esempio se il paziente poteva indossare una maglietta senza aiuto. Abbiamo condotto 18 test con ogni paziente, e un punteggio di test combinato più alto indicava un miglioramento maggiore in questi test (Figura 3C). I nostri risultati hanno mostrato che la terapia BCI ha aiutato la maggior parte dei pazienti a recuperare il movimento e/o a ridurre la spasticità nelle mani e nelle braccia. Abbiamo scoperto che la terapia funziona meglio per i pazienti che raggiungono una precisione superiore all’80%. La terapia BCI ha funzionato anche molti anni dopo l’ictus del paziente. Un paziente ha partecipato 31 anni dopo l’ictus ed è ancora migliorato! I nostri risultati ci hanno detto che la terapia BCI ha aiutato il cervello dei pazienti ad imparare a controllare meglio i loro movimenti.
Questo articolo è stato pubblicato su Frontiers For Young Minds, 1 ottobre 2021.