Brain–computer interface-assisted pneumatic hand training improves upper limb function after stroke: a randomized controlled trial and EEG characterization

स्ट्रोक मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह में अचानक होने वाला व्यवधान है, जो अक्सर जीवित बचे लोगों को अपने हाथों और बाजुओं को हिलाने-डुलाने में स्थायी कठिनाइयों के साथ छोड़ देता है। कई लोगों के लिए, कुशलता की यह कमी दैनिक कार्यों, जैसे कप पकड़ने या शर्ट के बटन लगाने जैसे सरल कार्यों को असंभव बना देती है, जिससे स्वतंत्रता और जीवन की गुणवत्ता पर भारी बोझ पड़ता है। जबकि पारंपरिक पुनर्वास (रिहैबिलिटेशन) अंगों को फिर से प्रशिक्षित करने के लिए शारीरिक व्यायाम के दोहराव पर निर्भर करता है, इस दृष्टिकोण की कुछ सीमाएँ हैं, विशेष रूप से उन रोगियों के लिए जो अभी तक अपने अंगों को स्वेच्छा से हिलाने में सक्षम नहीं हैं। हाल के वर्षों में, वैज्ञानिकों ने एक अलग मार्ग की खोज की है: एक तकनीक जिसे 'ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस' कहा जाता है। यह प्रणाली एक डिजिटल सेतु के रूप में कार्य करती है, जो तब मस्तिष्क के विद्युत संकेतों को पढ़ती है जब कोई व्यक्ति किसी अंग को हिलाने की कल्पना करता है, भले ही शरीर वास्तव में न हिले। इसके बाद यह उन विचारों को एक रोबोटिक या न्यूमैटिक (pneumatic) उपकरण के लिए कमांड में बदल देती है ताकि वह गति को निष्पादित कर सके, जिससे एक फीडबैक लूप बनता है जो मस्तिष्क को बताता है, "आपने हिलने का इरादा किया था, और आपने हिलने का कार्य किया।" प्रश्न यह बना हुआ है कि क्या यह उच्च-तकनीकी दृष्टिकोण रोगियों को मानक देखभाल की तुलना में तेजी से ठीक होने में वास्तव में मदद कर सकता है, विशेष रूप से स्ट्रोक के बाद के महत्वपूर्ण हफ्तों के दौरान।

त्सिंहहुआ विश्वविद्यालय और बीजिंग त्सिंगहुआ चांग गुंग अस्पताल के शोधकर्ताओं की एक टीम ने 129 रोगियों को शामिल करते हुए एक कठोर नैदानिक परीक्षण के माध्यम से इस प्रश्न का उत्तर देने का प्रयास किया, जिन्हें सात दिन से तीन महीने पहले स्ट्रोक आया था। अध्ययन को एक रैंडमाइज्ड कंट्रोल्ड ट्रायल (यादृच्छिक नियंत्रित परीक्षण) के रूप में डिजाइन किया गया था, जिसका अर्थ है कि प्रतिभागियों को निष्पक्ष तुलना सुनिश्चित करने के लिए दो समूहों में यादृच्छिक रूप से विभाजित किया गया था। एक समूह को मानक व्यावसायिक चिकित्सा (ऑक्यूपेशनल थेरेपी) प्राप्त हुई, जिसमें अंगों की स्थिति निर्धारित करने और दैनिक कार्यों का अभ्यास करने जैसी परिचित तकनीकें शामिल थीं। दूसरे समूह को वही मानक चिकित्सा मिली, लेकिन इसमें ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस के साथ एक विशेष प्रशिक्षण सत्र जोड़ा गया जो एक न्यूमैटिक हैंड डिवाइस (हवा से चलने वाले हाथ के उपकरण) के साथ जुड़ा हुआ था। यह उपकरण एक नरम, हवा से संचालित दस्ताना है जो हाथ को पकड़ सकता है और खोल सकता है। प्रशिक्षण के दौरान, रोगी विशिष्ट क्रियाओं की कल्पना करते थे, जैसे कि पन्ना पलटना, डिब्बा खोलना, या दूध का कप पकड़ना। जब कंप्यूटर ने इन कल्पित गतिविधियों से जुड़े सही मस्तिष्क संकेतों का पता लगाया, तो न्यूमैटिक दस्ताने ने रोगी के हाथ को उस क्रिया के अनुरूप भौतिक रूप से हिलाया, जिससे तत्काल दृश्य और शारीरिक फीडबैक प्राप्त हुआ।

अध्ययन के परिणाम बताते हैं कि इस ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस प्रशिक्षण को जोड़ने से महत्वपूर्ण लाभ मिलता है। संयुक्त समूह के रोगियों ने केवल मानक चिकित्सा प्राप्त करने वाले लोगों की तुलना में ऊपरी अंग के कार्य में अधिक सुधार दिखाया। हाथ की गति को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले एक मानक पैमाने पर, तकनीक का उपयोग करने वाले समूह में औसतन 10.17 अंकों का सुधार हुआ, जबकि नियंत्रण समूह में 6.69 अंकों का सुधार हुआ। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि क्या ये परिवर्तन रोगियों के दैनिक जीवन के लिए सार्थक थे। उन्होंने पाया कि ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस समूह के बहुत अधिक अनुपात के रोगियों ने सुधार का एक ऐसा स्तर प्राप्त किया जिसे नैदानिक रूप से महत्वपूर्ण माना जाता है। उदाहरण के लिए, वस्तुओं को पकड़ने और संचालित करने की क्षमता के संबंध में, तकनीक समूह के 40.3 प्रतिशत ने इस सार्थक सीमा को प्राप्त किया, जबकि नियंत्रण समूह में यह केवल 9.6 प्रतिशत था। यह इंगित करता है कि तकनीक ने न केवल छोटे सांख्यिकीय बदलाव पैदा किए, बल्कि लोगों की बड़ी संख्या को स्वतंत्रता के लिए आवश्यक कार्यात्मक क्षमताओं को पुनः प्राप्त करने में मदद की।

यह समझने के लिए कि मस्तिष्क के भीतर यह सुधार कैसे हुआ, शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफी (EEG) का उपयोग करके प्रतिभागियों की विद्युत गतिविधि की निगरानी भी की, जो स्कैल्प पर सेंसर लगाकर मस्तिष्क की तरंगों को रिकॉर्ड करती है। प्रशिक्षण शुरू होने से पहले, स्ट्रोक के रोगियों में मस्तिष्क की गतिविधि का एक पैटर्न दिखाई दिया जो स्ट्रोक के बाद सामान्य है: धीमी, कम आवृत्ति वाली तरंगों में वृद्धि और तेज़, उच्च आवृत्ति वाली तरंगों (जिन्हें बीटा गतिविधि कहा जाता है) में कमी। ये तेज़ तरंगें आमतौर पर मस्तिष्क की गति को तैयार करने और निष्पादित करने की क्षमता से जुड़ी होती हैं। दो सप्ताह की प्रशिक्षण अवधि के बाद, शोधकर्ताओं ने दोनों समूहों के बीच एक स्पष्ट अंतर देखा। जिन रोगियों ने ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस का उपयोग किया, उनमें इन तेज़ बीटा तरंगों में उल्लेखनीय वृद्धि देखी गई, विशेष रूप से मस्तिष्क के केंद्रीय और पार्श्व (पैरिएटल) क्षेत्रों में, जो संवेदन और गति की योजना बनाने के लिए जिम्मेदार क्षेत्र हैं। वास्तव में, इस समूह की मस्तिष्क गतिविधि स्वस्थ व्यक्तियों की तरह दिखने लगी थी, जो सामान्य स्थिति की ओर एक रुझान का सुझाव देती है। इसके विपरीत, केवल मानक चिकित्सा प्राप्त करने वाले समूह में मस्तिष्क तरंगों के पैटर्न में ऐसा सुधार नहीं देखा गया।

अध्यका ने प्रतिभागियों की सुरक्षा की भी सावधानीपूर्वक निगरानी की, जिसमें चक्कर आना, सिरदर्द या त्वचा की जलन जैसे किसी भी प्रतिकूल प्रभाव को दर्ज किया गया। किसी भी समूह में कोई प्रतिकूल घटना दर्ज नहीं की गई, जो दर्शाता है कि प्रशिक्षण सुरक्षित था। हालांकि निष्कर्ष उत्साहजनक हैं, शोधकर्ता उल्लेख करते हैं कि अध्ययन की कुछ सीमाएँ थीं, जिनमें दो सप्ताह की अपेक्षाकृत छोटी प्रशिक्षण अवधि और रोगियों का एक छोटा उपसमूह शामिल था जिनका विस्तृत मस्तिष्क तरंग विश्लेषण किया गया था। वे सुझाव देते हैं कि हालांकि यह तकनीक मस्तिष्क की गतिविधि में शुरुआती बदलाव लाने और कार्य में सुधार करने में सक्षम दिखती है, लेकिन दीर्घकालिक प्रभाव और ये मस्तिष्क परिवर्तन स्थायी रिकवरी में कैसे परिवर्तित होते हैं, इसके लिए आगे के अध्ययन की आवश्यकता है। अंततः, यह कार्य पुख्ता प्रमाण प्रदान करता है कि पारंपरिक पुनर्वास को ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस प्रशिक्षण के साथ जोड़ने से स्ट्रोक के जीवित बचे लोगों को ऊपरी अंग के कार्य को अधिक प्रभावी ढंग से पुनः प्राप्त करने में मदद मिल सकती है, संभवतः मस्तिष्क को गति का समर्थन करने के लिए अपने स्वयं के विद्युत लय को पुनर्गठित करने में मदद करके।