Eine Metaanalyse: Die Wirkung von Brain-Computer-Interface (BCI) auf die Rehabilitation der oberen Extremität nach Schlaganfall

Einleitung

Die motorische Rehabilitation nach einem Schlaganfall wächst heute rasant, angetrieben von anderen Technologiefeldern wie virtueller und erweiterter Realität (VR/AR), Robotik sowie invasiven und nicht-invasiven Brain-Computer-Interfaces (BCI). Ein BCI kann sensorisches Echtzeit-Feedback der EEG-Aktivität liefern und ermöglicht es Schlaganfallpatienten, ihre sensomotorischen Rhythmen bewusst zu regulieren. Bei typischen nicht-invasiven, EEG-basierten BCI wird die motorische Absicht des Nutzers (Bewegungsvorstellung oder -ausführung) in Echtzeit aus der elektrischen Hirnaktivität dekodiert, indem relevante Merkmale extrahiert werden. Die Erkennung der Bewegungsabsicht durch das BCI löst das entsprechende sensorische Feedback an den Nutzer aus. Dieses Feedback kann in abstrakter Form erfolgen (etwa ein Cursor, der sich über einen Computerbildschirm bewegt) oder in Form von konkretem Feedback (etwa eine visuelle Darstellung der Körperteile eines Teilnehmers auf einem virtuellen Avatar oder direkt physisch auf einen Teilnehmer überlagert) oder als somatosensorische Übermittlung über robotische, taktile oder neuromuskuläre elektrische Stimulationssysteme (NMES), um beabsichtigte Bewegungen zu reproduzieren, was nachweislich das motorische Lernen verbessert.

Das Brain-Computer-Interface hat begonnen, in der Rehabilitation nach einem Schlaganfall eingesetzt zu werden. Es zielt darauf ab, die Neuroplastizität durch Anpassung oder Selbstregulierung neurophysiologischer Aktivitäten zu fördern und damit den Rehabilitationserfolg zu verbessern. Über die tatsächliche klinische Wirksamkeit bestehen jedoch weiterhin Unsicherheiten. Dieser Artikel zielt darauf ab, die Wirksamkeit des BCI-Trainings in der Rehabilitation der oberen Extremität nach einem Schlaganfall zu quantifizieren, indem eine Metaanalyse bestehender randomisierter kontrollierter Studien (RCTs) durchgeführt wird. Veränderungen der motorischen Funktion zu Beginn und am Ende der Intervention wurden in diesen RCTs berichtet. Die Untersucher werteten die verfügbaren Berichte aller RCTs aus, die diese Techniken nutzten. Sie lieferten Werte für Bewegungsstörungen vor und nach der Intervention für die Experimental- und Kontrollgruppen, die Standardtherapie, Robotertherapie, Elektrostimulation und Bewegungsvorstellung ohne BCI umfassten.

Methoden

Es wurden MEDLINE, CENTRAL, PEDro und weitere Datenbanken verwendet, und die Literatur wurde durch Prüfung der Referenzen mehrerer Übersichtsartikel gesichtet. Es wurden randomisierte kontrollierte Studien ausgewählt, die BCI für die motorische Rehabilitation nach einem Schlaganfall einsetzten und Werte für motorische Störungen vor und nach der Intervention bereitstellten. Zusammenfassende Effektgrößen wurden mit der Random-Effects-Inverse-Varianz-Methode berechnet. Zunächst wurden 524 Artikel gefunden, und nach Entfernung von Duplikaten wurden die Titel und Abstracts von 473 Artikeln gesichtet. Schließlich wurden 26 Artikel gefunden, die klinischen BCI-Studien entsprachen, von denen 9 Studien mit insgesamt 235 Schlaganfallüberlebenden die Einschlusskriterien für die Metaanalyse erfüllten (randomisierte kontrollierte Studien mit motorischer Leistung als Zielgröße).

Ergebnisse

In 6 BCI-Studien überschritt die motorische Verbesserung, die hauptsächlich durch das Fugl-Meyer-Assessment der oberen Extremität (FMA-UE) quantifiziert wurde, den minimal klinisch bedeutsamen Unterschied (MCID=5,25), während diese Verbesserung nur in 3 Kontrollgruppen erreicht wurde. Insgesamt betrug die standardisierte mittlere Differenz zwischen BCI-Training und FMA-UE im Vergleich zur Kontrollbedingung 0,79 (95%-KI: 0,37 bis 1,20), was im Bereich moderater bis großer gepoolter Effektgrößen liegt. Darüber hinaus haben mehrere Studien gezeigt, dass BCI auf subklinischer Ebene funktionelle und strukturelle Neuroplastizität induziert.

Schlussfolgerungen

Die BCI-basierte Neurorehabilitation zeigt eine moderate bis große Effektgröße bei der motorischen Funktion der oberen Extremität, die konventionellen Rehabilitationsbehandlungen wie Bewegungsvorstellung, Spiegeltherapie, robotergestütztem Training, Constraint-Induced Movement Therapy, Virtual-Reality-Therapie und tDCS überlegen ist. Zusätzlich zu den motorischen Ergebnissen haben mehrere Studien subklinische Ausmaße funktioneller und struktureller Neuroplastizität berichtet, die durch BCI induziert wurden und von denen einige mit verbesserten motorischen Ergebnissen korrelieren. Es sind weitere Studien mit größeren Stichprobenumfängen erforderlich, um die Zuverlässigkeit dieser Ergebnisse zu erhöhen.

Referenz: Cervera MA, Soekadar SR, Ushiba J, et al. Brain-computer interfaces for post-stroke motor rehabilitation: a meta-analysis. Ann Clin Transl Neurol. 2018 Mar 25;5(5):651-663.