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IEEE transactions on neural systems and rehabilitation engineering : a publication of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society20210101Vol.29issue()

BCIベースの振動触覚ニューロフィードバックトレーニングは、モーター画像中の運動皮質の興奮性を改善します

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文献タイプ:
  • Journal Article
  • Research Support, Non-U.S. Gov't
概要
Abstract

この研究では、振動触覚フィードバックが運動皮質の興奮性を高めることができるかどうかの問題に対処します。MoterMotor画像(MI)BCIベースのトレーニング中に、局所皮質領域のプラスチック変化に変換されます。この目的のために、私たちは、MIの最も顕著な神経生理学的効果の2つ、つまりイベント関連の非同期(ERD)レベルと、ナビゲートされた経頭蓋磁気刺激(NTMS)で評価された皮質興奮性の増加に焦点を当てました。TMSナビゲーションには、個々の高解像度3D脳MRIを使用しました。10人のBCI-Naiveで健康な成人がこの研究に参加しました。Mi(Graz-BCIパラダイムを使用したRESTまたは左/右手画像)タスクは、フィードバックの存在下と非存在下で個別に実行されました。MI BCIベースのトレーニングにおける振動触覚フィードバックの存在/欠如が感覚運動皮質の活性化に貢献できることを調査するために、フィードバックの有無にかかわらずトレーニング後のMI中のMEPS振幅を比較しました。さらに、MI BCIベースのトレーニング中のERDレベルが調査されました。私たちの調査結果は、MIトレーニング中に振動触覚フィードバックを適用すると、(i)非支配的な手のMIに対応する対側運動皮質領域におけるMu-Rhythm EEGパターンの非同期レベルの強化につながるという証拠が提供されます。(ii)MIが関与する筋肉に対応する手筋の表現における運動皮質の興奮性の増加。

この研究では、振動触覚フィードバックが運動皮質の興奮性を高めることができるかどうかの問題に対処します。MoterMotor画像(MI)BCIベースのトレーニング中に、局所皮質領域のプラスチック変化に変換されます。この目的のために、私たちは、MIの最も顕著な神経生理学的効果の2つ、つまりイベント関連の非同期(ERD)レベルと、ナビゲートされた経頭蓋磁気刺激(NTMS)で評価された皮質興奮性の増加に焦点を当てました。TMSナビゲーションには、個々の高解像度3D脳MRIを使用しました。10人のBCI-Naiveで健康な成人がこの研究に参加しました。Mi(Graz-BCIパラダイムを使用したRESTまたは左/右手画像)タスクは、フィードバックの存在下と非存在下で個別に実行されました。MI BCIベースのトレーニングにおける振動触覚フィードバックの存在/欠如が感覚運動皮質の活性化に貢献できることを調査するために、フィードバックの有無にかかわらずトレーニング後のMI中のMEPS振幅を比較しました。さらに、MI BCIベースのトレーニング中のERDレベルが調査されました。私たちの調査結果は、MIトレーニング中に振動触覚フィードバックを適用すると、(i)非支配的な手のMIに対応する対側運動皮質領域におけるMu-Rhythm EEGパターンの非同期レベルの強化につながるという証拠が提供されます。(ii)MIが関与する筋肉に対応する手筋の表現における運動皮質の興奮性の増加。

In this study, we address the issue of whether vibrotactile feedback can enhance the motor cortex excitability translated into the plastic changes in local cortical areas during motor imagery (MI) BCI-based training. For this purpose, we focused on two of the most notable neurophysiological effects of MI - the event-related desynchronization (ERD) level and the increase in cortical excitability assessed with navigated transcranial magnetic stimulation (nTMS). For TMS navigation, we used individual high-resolution 3D brain MRIs. Ten BCI-naive and healthy adults participated in this study. The MI (rest or left/right hand imagery using Graz-BCI paradigm) tasks were performed separately in the presence and absence of feedback. To investigate how much the presence/absence of vibrotactile feedback in MI BCI-based training could contribute to the sensorimotor cortical activations, we compared the MEPs amplitude during MI after training with and without feedback. In addition, the ERD levels during MI BCI-based training were investigated. Our findings provide evidence that applying vibrotactile feedback during MI training leads to (i) an enhancement of the desynchronization level of mu-rhythm EEG patterns over the contralateral motor cortex area corresponding to the MI of the non-dominant hand; (ii) an increase in motor cortical excitability in hand muscle representation corresponding to a muscle engaged by the MI.

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