Pacjenci z ciężkimi uszkodzeniami mózgu, którzy nie są w stanie mówić ani wykonywać świadomych ruchów, mogą zachowywać znacznie wyższy poziom świadomości, niż wskazują standardowe badania kliniczne. Naukowcy z Uniwersytetu w Bath opracowali nowe podejście wykorzystujące interfejs mózg–komputer (Brain-Computer Interface, BCI), które pozwala wykrywać oznaki świadomej aktywności mózgu u osób z długotrwałymi zaburzeniami świadomości i zespołem zamknięcia. Wyniki badania opublikowanego w czasopiśmie Communications Medicine sugerują, że wielosesyjne wykorzystanie technologii BCI może znacząco poprawić diagnostykę oraz stworzyć podstawy do przyszłej komunikacji z pacjentami, którzy dotychczas byli uznawani za całkowicie niereagujących.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak interfejs mózg–komputer (BCI) pomaga wykrywać oznaki ukrytej świadomości u pacjentów, którzy nie mogą mówić ani się poruszać,
- Jakie wyniki przyniosło badanie z udziałem 42 pacjentów z długotrwałymi zaburzeniami świadomości i zespołem zamknięcia,
- Dlaczego wielosesyjne wykorzystanie technologii BCI okazało się skuteczniejsze niż jednorazowa ocena,
- W jaki sposób nowa metoda może poprawić diagnostykę, rehabilitację i przyszłą komunikację z pacjentami po ciężkich urazach mózgu.
Czym jest interfejs mózg–komputer i jak działa?
Interfejs mózg–komputer (BCI) to technologia umożliwiająca analizowanie aktywności mózgu i przekształcanie jej w sygnały możliwe do interpretacji przez komputer, bez konieczności wykonywania jakiegokolwiek ruchu. W opisywanym badaniu zastosowano nieinwazyjny zestaw słuchawkowy rejestrujący fale mózgowe. System analizował aktywność elektryczną mózgu i rozpoznawał charakterystyczne wzorce pojawiające się wtedy, gdy pacjent wyobrażał sobie wykonanie określonego ruchu, na przykład podniesienie ręki lub poruszenie stopami.
Choć uczestnicy nie wykonywali żadnego rzeczywistego ruchu, ich mózgi generowały sygnały świadczące o świadomym wykonywaniu zadania.
Badanie objęło pacjentów z ciężkimi zaburzeniami świadomości
Badanie przeprowadzono u osób z:
- długotrwałymi zaburzeniami świadomości (Prolonged Disorders of Consciousness, PDoC),
- zespołem zamknięcia (Locked-in Syndrome, LIS).
Są to stany, w których pacjent może zachowywać świadomość, jednak z powodu bardzo ciężkiego uszkodzenia układu nerwowego nie jest w stanie komunikować się z otoczeniem za pomocą mowy ani ruchu. To właśnie ta grupa pacjentów jest szczególnie narażona na błędną ocenę poziomu świadomości.
Wielosesyjne podejście zwiększyło skuteczność wykrywania świadomości
Nowością proponowanego rozwiązania było odejście od jednorazowego badania na rzecz wielosesyjnego protokołu diagnostycznego. Naukowcy zastosowali trzy uzupełniające się elementy.
Powtarzany trening
Pacjentów wielokrotnie proszono o wyobrażanie sobie konkretnych ruchów, takich jak:
- podnoszenie ciężaru lewą ręką,
- unoszenie obu stóp.
Regularne powtarzanie ćwiczeń pozwalało na stopniowe wzmacnianie charakterystycznych wzorców aktywności mózgu.
Informacja zwrotna w czasie rzeczywistym
System przekazywał uczestnikom sygnały dźwiękowe potwierdzające prawidłowe wykrycie wyobrażonego ruchu. Takie neurofeedback pomagał uczestnikom doskonalić sposób wykonywania zadania i zwiększał spójność odpowiedzi mózgowych w kolejnych sesjach.
Odpowiedzi „tak” i „nie”
Po zakończeniu treningu część uczestników przechodziła do etapu odpowiadania na pytania. Każda odpowiedź była kodowana poprzez wyobrażenie sobie innego ruchu:
- jeden oznaczał odpowiedź „tak”,
- drugi oznaczał odpowiedź „nie”.
Pozwalało to badać nie tylko obecność świadomości, ale również możliwość świadomego przekazywania informacji.
Wyniki badania okazały się bardzo obiecujące
W badaniu uczestniczyły 42 osoby w wieku od 17 do 73 lat, rekrutowane w ośrodkach NHS oraz w Irlandii.
Najważniejsze wyniki obejmowały:
- u 31 z 42 uczestników (73,8%) wykryto celową modulację aktywności mózgu podczas wykonywania zadań wyobrażeniowych,
- około 90% uczestników osiągnęło etap odpowiadania na pytania typu „tak” i „nie”,
- odpowiedzi mózgu stawały się coraz bardziej stabilne wraz z kolejnymi sesjami.
Szczególnie istotny okazał się wpływ wielosesyjnego protokołu na diagnostykę. Połączenie klasycznych badań neurologicznych z oceną opartą na technologii BCI zwiększyło wykrywalność minimalnych stanów świadomości z 39% do 69%.
Oznacza to, że u wielu pacjentów udało się wykryć oznaki świadomości, które wcześniej pozostawały niezauważone.
Dlaczego standardowe badania mogą nie wykrywać świadomości?
Obecnie lekarze najczęściej oceniają poziom świadomości pacjentów na podstawie obserwacji zachowania. Sprawdzane są między innymi:
- ruchy gałek ocznych,
- reakcje na polecenia,
- odruchy,
- możliwość wykonania prostych ruchów.
Problem polega na tym, że u pacjentów z bardzo ciężkimi uszkodzeniami mózgu możliwość wykonania nawet minimalnego ruchu może być całkowicie utracona. Autorzy przypominają, że wcześniejsze badania wskazują, iż nawet 40% pacjentów znajdujących się w stanie minimalnej świadomości może zostać błędnie zakwalifikowanych jako osoby nieświadome, wyłącznie dlatego, że nie są w stanie zademonstrować swojej świadomości poprzez zachowanie. Technologie analizujące aktywność mózgu pozwalają ominąć to ograniczenie.
Naukowcy: wielosesyjne badanie daje bardziej wiarygodne wyniki
Główna autorka badania, dr Naomi du Bois z Instytutu Człowieka Rozszerzonego Uniwersytetu w Bath, podkreśla:
Ta praca pokazuje, jak reakcja mózgu na pytania strukturalne może uzupełniać ocenę przy łóżku pacjenta i pomagać lekarzom wcześniej wykrywać ukrytą świadomość.
Zdaniem autorów jednorazowe badanie daje jedynie ograniczony obraz funkcjonowania mózgu. Znacznie lepsze efekty przynosi systematyczna ocena prowadzona podczas wielu spotkań. Profesor Damien Coyle dodaje:
Nowością jest wyjście poza ocenę jednorazową. Wykazaliśmy, że ustrukturyzowane, wielosesyjne ramy BCI, obejmujące szkolenie, informację zwrotną i etapowe pytania, mogą działać w rzeczywistych warunkach klinicznych, w domu lub placówce opieki, wzmacniając wiarygodność wykrywania oznak świadomości. To otwiera drogę do lepszej diagnostyki i może ostatecznie pomóc pacjentom w nawiązywaniu kontaktów i komunikowaniu podstawowych reakcji w niektórych przypadkach.
Technologia może zmienić przyszłość rehabilitacji
Autorzy badania podkreślają, że obecne wyniki stanowią przede wszystkim postęp diagnostyczny. Jednocześnie otwierają one nowe możliwości rozwoju technologii medycznych wspomagających komunikację z pacjentami, którzy nie mogą mówić ani wykonywać ruchów. W przyszłości podobne systemy mogą umożliwiać:
- przekazywanie odpowiedzi „tak” i „nie”,
- ocenę poziomu świadomości w czasie rehabilitacji,
- monitorowanie postępów leczenia,
- personalizację terapii neurologicznej,
- poprawę jakości opieki nad pacjentami z ciężkimi uszkodzeniami mózzgu.
Choć technologia wymaga dalszych badań, wyniki pokazują, że analiza aktywności mózgu może dostarczać informacji niedostępnych dla tradycyjnych metod diagnostycznych.
Główne wnioski
- Badanie opublikowane w „Communications Medicine” wykazało, że wielosesyjny interfejs mózg–komputer (BCI) może skuteczniej wykrywać ukrytą świadomość u pacjentów z długotrwałymi zaburzeniami świadomości i zespołem zamknięcia.
- W badaniu uczestniczyły 42 osoby w wieku od 17 do 73 lat. U 31 uczestników (73,8%) wykryto celową modulację aktywności mózgu, a około 90% przeszło do etapu odpowiadania na pytania „tak” i „nie”.
- Połączenie standardowych ocen klinicznych z wielosesyjnym protokołem BCI zwiększyło wykrywalność minimalnych stanów świadomości z 39% do 69%, ujawniając przypadki, które mogłyby pozostać nierozpoznane.
- Zdaniem naukowców technologia BCI może w przyszłości wspierać dokładniejszą diagnostykę, planowanie rehabilitacji oraz komunikację z pacjentami, którzy nie są w stanie porozumiewać się za pomocą mowy lub ruchu.
Źródło:
- https://www.nature.com/articles/s43856-026-01574-x
- University of Bath
