Name: electroencephalography network indices as biomarkers of upper limb impairment in chronic stroke
Uploaded: 2023-07-14T14:00:00
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Questo lavoro è stato sostenuto dalla sovvenzione della National Research Foundation of Korea (NRF) finanziata dal governo coreano (MSIT) (n. NRF-2022R1A2C1006046), dall'Original Technology Research Program for Brain Science attraverso la National Research Foundation of Korea (NRF) finanziata dal Ministero dell'Istruzione, della Scienza e della Tecnologia (2019M3C7A1031995), dalla National Research Foundation of Korea (NRF) sovvenzione finanziata dal governo coreano (MSIT) (No. NRF-2022R1A6A3A13053491) e dal MSIT (Ministero della Scienza e delle TIC), Corea, nell'ambito del programma di supporto ITRC (Information Technology Research Center) (IITP-2023-RS-2023-00258971) supervisionato dall'IITP (Institute for Information & Communications Technology Planning & Evaluation).

Tutte le procedure sperimentali sono state esaminate e approvate dall'Institutional Review Board dell'Ospedale Bundang dell'Università Nazionale di Seoul. Per gli esperimenti in questo studio, sono stati reclutati 34 partecipanti con ictus. È stato ottenuto il consenso informato firmato da tutti i partecipanti. Un consenso informato firmato è stato ottenuto da un rappresentante legale se un partecipante soddisfaceva i criteri ma non poteva firmare il modulo di consenso a causa della disabilità.
<p class="jove_tit...

<ol>
	<li>Faria-Fortini, I., Michaelsen, S. M., Cassiano, J. G., Teixeira-Salmela, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upper+extremity+function+in+stroke+subjects:+Relationships+between+the+international+classification+of+functioning,+disability,+and+health+domains.">Upper extremity function in stroke subjects: Relationships between the international classification of functioning, disability, and health domains.</a> Journal of Hand Therapy. 24 (3), 257-265 (2011).</li><li>Veerbeek, J. M., Kwakkel, G., van Wegen, E. E., Ket, J. C., Heymans, M. 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A prospective cohort study.</a> Neurorehabilitation and Neural Repair. 34 (5), 389-402 (2020).</li><li>Vecchio, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+connectivity+from+EEG+data+in+acute+stroke:+A+study+via+graph+theory+as+a+potential+biomarker+for+functional+recovery.">Cortical connectivity from EEG data in acute stroke: A study via graph theory as a potential biomarker for functional recovery.</a> International Journal of Psychophysiology. 146, 133-138 (2019).</li><li>Ang, K. 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H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurofeedback-based+motor+imagery+training+for+brain-computer+interface+(BCI).">Neurofeedback-based motor imagery training for brain-computer interface (BCI).</a> Journal of Neuroscience Methods. 179 (1), 150-156 (2009).</li><li>Park, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+feature+extraction+methods+for+EEG-based+brain-computer+interfaces+in+terms+of+robustness+to+slight+changes+in+electrode+locations.">Evaluation of feature extraction methods for EEG-based brain-computer interfaces in terms of robustness to slight changes in electrode locations.</a> Medical &amp; Biological Engineering &amp; Computing. 51 (5), 571-579 (2013).</li></ol>

Questo studio ha introdotto un esperimento EEG per misurare le attività neuronali legate al movimento degli arti superiori in individui con ictus. Il paradigma sperimentale e i metodi di acquisizione e analisi dell'EEG sono stati applicati per determinare i pattern ERD nella corteccia motoria ipsilesionale e controlesionale. 
I risultati delle mappe ERSP (Figura 7) hanno dimostrato la differenza nel grado di attivazione neuronale quando si muovono le mani comprom...

La compromissione motoria dell'arto superiore è una delle conseguenze più comuni dell'ictus ed è correlata a limitazioni nelle attività della vita quotidiana 1,2. È noto che i ritmi delle bande alfa (8-13 Hz) e beta (13-30 Hz) sono strettamente associati ai movimenti. In particolare, gli studi hanno dimostrato che l'alterata attività neurale nelle bande di frequenza alfa e beta inferiore (12-20 Hz) durante il movimento di un arto compromesso è correlata al grado di compromissione motoria nei soggetti con ictus 3,4,5. Sulla base di questi risultati, l'elettroencefalografia (EEG) è emersa come un potenziale biomarcatore che riflette sia la gravità della compromissione motoria che la possibilità di recupero motorio 6,7. Tuttavia, i biomarcatori basati sull'EEG precedentemente sviluppati si sono dimostrati inadeguati per studiare le caratteristiche della compromissione motoria negli individui con ictus, in gran parte a causa della loro dipendenza dai dati EEG in stato di riposo piuttosto che dai dati EEG indotti dal compito 8,9,10. L'elaborazione complessa delle informazioni relative alle compromissioni motorie, come l'interazione tra emisferi ipsilesionali e controlesionali, può essere rivelata solo attraverso i dati EEG indotti dal compito, non attraverso l'EEG in stato di riposo. Pertanto, ulteriori studi sono necessari non solo per esplorare la relazione tra attività neuronali e caratteristiche di compromissione motoria e per chiarire l'utilità dell'EEG generato durante il movimento della parte del corpo compromessa come potenziale biomarcatore per la compromissione motoria nei soggetti con ictus11.
L'implementazione dell'EEG per la valutazione degli effetti comportamentali richiede paradigmi e protocolli specifici per il compito. Ad oggi, sono stati suggeriti vari protocolli EEG12, in cui gli individui con ictus eseguivano movimenti immaginari o reali per indurre attività cerebrali correlate al movimento11,13. Nel caso dei movimenti immaginati, circa il 53,7% dei partecipanti non riusciva a immaginare con certezza un movimento corrispondente (chiamato "analfabetismo") e quindi non riusciva a indurreattività cerebrali legate al movimento. Inoltre, è difficile per le persone con ictus grave muovere l'intero arto superiore e c'è la possibilità di artefatti non necessari durante l'acquisizione dei dati a causa di movimenti instabili. Pertanto, è necessaria una guida basata sul know-how di esperti per acquisire dati EEG di alta qualità relativi al compito e risultati neurofisiologicamente interpretabili. In questo studio, abbiamo progettato in modo completo un paradigma sperimentale per le persone con ictus per eseguire un compito di movimento della mano relativamente semplice e abbiamo fornito una procedura sperimentale con una guida dettagliata.
Delineando in questo articolo il protocollo sperimentale visualizzato, ci si è proposti di illustrare i concetti e le metodiche specifiche utilizzate per l'acquisizione e l'analisi delle attività neuronali legate al movimento dell'arto superiore mediante un sistema EEG. Nel dimostrare la differenza nelle attività neuronali tramite EEG tra gli arti superiori paretici e non paretici nei partecipanti con ictus emiplegico, questo studio mirava a presentare la fattibilità dell'EEG utilizzando il protocollo descritto come potenziale biomarcatore per la gravità della compromissione motoria in individui con ictus in un contesto trasversale.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>actiCAP</td>
			<td>Easycap, GmbH Ltd., Herrsching, Germany</td>
			<td>CAC-32-SAMW-56</td>
			<td>Textile EEG cap platform to accommodate EEG electrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brain Vision Recorder (Software)</td>
			<td>Brain Products GmBH Ltd., Munich, Germany</td>
			<td>-</td>
			<td>Software used to record EEG signal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Curry 7 (Software)</td>
			<td>Compumedics, Australia</td>
			<td>-</td>
			<td>Software used in preprocessing of EEG data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LiveAmp</td>
			<td>Brain Products, GmbH Ltd., Gilching, Germany</td>
			<td>LA-055606-0348</td>
			<td>EEG system (amplifier) used for the measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB R2019a (Software)</td>
			<td>MathWorks Inc., Natick, MA, USA</td>
			<td>-</td>
			<td>Software used to run the experimental stimulus and analyze the EEG data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recording PC</td>
			<td>Lenovo Group Limited, Hong Kong, China</td>
			<td>Model: X58K</td>
			<td> 
			Intel Core i7-7700HQ CPU@2.80 GHz, RAM 8 GB 
			/EEG data recording using Brain Vision Recorder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor&#38;Trigger Extension(STE)</td>
			<td>Brain Products GmBH Ltd., Munich, Germany</td>
			<td>STE-055604-0162</td>
			<td>Adds physioloigcal signals to the EEG amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Splitter box</td>
			<td>Brain Products GmBH Ltd., Munich, Germany</td>
			<td>BP-135-1600</td>
			<td>Connects Ag/AgCl electrodes to the EEG amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stimulation PC</td>
			<td>Hansung Corporation, Seoul, Korea</td>
			<td>Model: ThinkPad P71</td>
			<td> 
			Intel Core i7-8750H CPU@2.20 GHz, RAM 8 GB 
			Presenting stimulation screen using MATLAB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TriggerBox</td>
			<td>Brain Products GmBH Ltd., Munich, Germany</td>
			<td>BP-245-1010</td>
			<td>Receives trigger signal from PC and relay it to EEG recording system</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electroencephalography network indices as biomarkers of upper limb impairment in chronic stroke

L'alterazione dei segnali dell'elettroencefalografia (EEG) durante il movimento specifico dell'arto compromesso è stata segnalata come un potenziale biomarcatore per la gravità della compromissione motoria e per la previsione del recupero motorio nei soggetti con ictus. Quando si implementano esperimenti EEG, sono necessari paradigmi dettagliati e protocolli sperimentali ben organizzati per ottenere risultati robusti e interpretabili. In questo protocollo, illustriamo un paradigma task-specific con il movimento dell'arto superiore e i metodi e le tecniche necessarie per l'acquisizione e l'analisi dei dati EEG. Il paradigma consiste in 1 minuto di riposo seguito da 10 prove che comprendono l'alternanza di 5 e 3 secondi di riposo e di attività (estensione della mano), rispettivamente, in 4 sessioni. I segnali EEG sono stati acquisiti utilizzando 32 elettrodi del cuoio capelluto Ag/AgCl a una frequenza di campionamento di 1.000 Hz. Sono state eseguite analisi delle perturbazioni spettrali correlate agli eventi associate al movimento degli arti e analisi della rete funzionale a livello globale nella banda di frequenza low-beta (12-20 Hz). I risultati rappresentativi hanno mostrato un'alterazione della rete funzionale delle bande di frequenza EEG low-beta durante il movimento dell'arto superiore compromesso e la rete funzionale alterata è stata associata al grado di compromissione motoria nei pazienti con ictus cronico. I risultati dimostrano la fattibilità del paradigma sperimentale nelle misurazioni EEG durante il movimento dell'arto superiore in individui con ictus. Sono necessarie ulteriori ricerche che utilizzino questo paradigma per determinare il valore potenziale dei segnali EEG come biomarcatori di compromissione motoria e recupero.

La Figura 7 presenta le mappe topografiche ERD a basso beta di ciascuna attività di movimento della mano. Nell'emisfero controlesionale è stato osservato un ERD a basso beta significativamente forte rispetto all'emisfero ipsilesionale sia per i compiti di movimento della mano affetti che per quelli non affetti.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64753/64753fig07.jpg"> Figu...

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Electroencephalography Network Indices as Biomarkers of Upper Limb Impairment in Chronic Stroke

Il protocollo sperimentale dimostra il paradigma per l'acquisizione e l'analisi dei segnali elettroencefalografici (EEG) durante il movimento dell'arto superiore in soggetti con ictus. L'alterazione della rete funzionale delle bande di frequenza EEG low-beta è stata osservata durante il movimento dell'arto superiore compromesso ed è stata associata al grado di compromissione motoria.

Indici di rete elettroencefalografici come biomarcatori di compromissione dell'arto superiore nell'ictus cronico

Alteration of electroencephalography (EEG) signals during task-specific movement of the impaired limb has been reported as a potential biomarker for the ...

Il nostro protocollo può aiutare a studiare una neuroattività specifica per il paziente con ictus, trovando così potenziali biomarcatori per il grado di compromissione motoria e il recupero motorio in loro. La nostra tecnica utilizza l'EEG specifico per rivelare l'intricata elaborazione dell'infiammazione correlata alle compromissioni motorie nei pazienti con ictus. Ciò include la scoperta dell'interazione tra gli emisferi ipsilesionale e controlesionale.Questo metodo valuta la neurofisiologia della compromissione motoria nei pazienti colpiti da ictus. In combinazione con la valutazione della funzione motoria, offre un'analisi completa dei loro deficit motori. Gli indici misurati con questo paradigma hanno il potenziale come biomarcatore per il recupero ottico nel paziente con ictus.Per la ricerca, l'utilizzo di questo paradigma fornirà approfondimenti sulla neurofisiologia del deficit motorio e del recupero. Dopo aver reclutato i pazienti. Visualizzare due stimoli visivi, chiusi e aperti, per 30 secondi ciascuno al centro di un monitor per misurare i dati dell'elettroencefalogramma o EEG in stato di riposo al basale.Durante il quale il partecipante chiude e apre gli occhi. Successivamente, presenta un'immagine in movimento della mano per tre secondi per istruire il partecipante a fare un movimento di estensione della mano. A questo segue la visualizzazione di un segno di fissazione per cinque secondi, consentendo un periodo di riposo.Far sedere il partecipante in una comoda poltrona di fronte a un monitor. Per garantire misurazioni EEG accurate, selezionare una cuffia EEG di dimensioni adeguate in base alle dimensioni della testa del partecipante. Individuare la posizione Cz in base al sistema internazionale 10-20 come descritto nel manoscritto e posizionarla in modo da allineare l'elettrodo Cz con la posizione Cz dell'individuo.Una volta che il cappuccio EEG è posizionato correttamente, collegare 32 elettrodi per cuoio capelluto in argento/cloruro d'argento al cuoio capelluto, seguendo il sistema internazionale 10-10 esteso con gli elettrodi di terra e di riferimento rispettivamente a FPz e FCz. Accendere il sistema EEG. Vai a Configurazione, quindi seleziona Amplificatore.Scegli LiveAmp e fai clic su OK. Cerca la funzione LiveAmp per stabilire una connessione wireless. Quindi, regolare il livello di impedenza tra gli elettrodi EEG e il cuoio capelluto utilizzando un gel conduttivo. Utilizzare il gel per fissare i capelli per evitare di ostruire gli elettrodi e il cuoio capelluto.Eseguire la funzione di controllo dell'impedenza per monitorare il livello di impedenza di ciascun elettrodo. Successivamente, eseguire la funzione di monitoraggio per confermare che tutti gli elettrodi hanno livelli di ampiezza simili nel monitoraggio del segnale EEG in tempo reale. Per un'acquisizione stabile dei dati EEG, utilizzare due personal computer separati per la presentazione di stimoli esterni e la registrazione dei dati EEG.Quindi creare un programma di stimolazione per presentare stimoli sperimentali ai partecipanti utilizzando un software di programmazione basato sul paradigma sperimentale. Eseguire il programma in modalità di monitoraggio per presentare stimoli sperimentali. Verificare che le informazioni sull'evento siano accuratamente contrassegnate nella parte inferiore del software di registrazione EEG ogni volta che viene visualizzato uno stimolo.Avviare il software di registrazione EEG ed eseguire il programma di presentazione dello stimolo sviluppato secondo il paradigma sperimentale utilizzando un software di programmazione per evitare l'omissione dei dati. Quindi, procedere alla misurazione dell'EEG a una frequenza di campionamento di 1.000 hertz, seguendo il paradigma sperimentale. Vengono mostrate le mappe topografiche a basso beta ERD di ciascuna attività di movimento della mano.Nell'emisfero controlesionale è stato osservato un basso livello di beta ERD significativamente forte rispetto all'emisfero ipsilesionale sia per i compiti di movimento della mano affetti che per quelli non interessati. I risultati quantitativi delle quattro caratteristiche ponderate della rete a livello globale hanno mostrato che sia gli indici di forza che gli indici del coefficiente di raggruppamento sono stati significativamente ridotti durante l'attività di movimento della mano interessata rispetto all'attività di movimento della mano non interessata. La lunghezza del percorso è aumentata significativamente durante l'attività di movimento della mano interessata.Non c'era alcuna differenza significativa tra i due compiti. Il coefficiente di clustering della forza della rete ipsicontrolesionale della banda alfa e la piccolezza del mondo hanno mostrato una correlazione positiva con il punteggio FMA, mentre la lunghezza del percorso è stata correlata negativamente con il punteggio FMA. Per ottenere dati EEG di alta qualità, è fondamentale posizionare correttamente gli elettrodi EEG nelle posizioni designate e regolare il livello di impedenza tra gli elettrodi e il cuoio capelluto.La tecnica valuta la neurofisiologia della compromissione motoria di pazienti con ictus in ambito clinico di laboratorio. Fornirà ai ricercatori clinici l'opportunità di studiare la neurofisiologia della compromissione motoria.

Research

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