Unlocking Communication: Advancing Brain-Computer Interfaces for ALS Patients in Locked-In and Completely Locked-In States

Abstract

Meine Teilnahme am aktuellen Forschungsprogramm umfasst mehrere kritische Untersuchungen, die darauf abzielen, Brain-Computer Interface-Systeme für Personen mit fortgeschrittener Amyotropher Lateralsklerose zu verbessern, insbesondere für Personen, die vom Locked-In-Syndrom zum Completely Locked-In-Syndrom übergehen. Erste Studien zielen darauf ab, ein tieferes Verständnis der physiologischen Veränderungen während des Fortschreitens der Amyotropher Lateralsklerose zu erlangen, indem die Elektroenzephalographie-Aktivität zur Überwachung der Gehirnfunktion genutzt wird. Die Ergebnisse deuten auf signifikante Elektroenzephalographie-Frequenzveränderungen bei Completely Locked-In-Syndrom-Patienten hin, die die Wirksamkeit von Brain-Computer Interface-Systeme beeinflussen können. Es wurde eine validierte und vielseitige Brain-Computer Interface-Systeme-Softwareplattform entwickelt, die Elektroenzephalographie-, funktionelle Nahinfrarotspektroskopie- und Elektrookulografie-Modalitäten einbezieht, um schwerbehinderten Menschen die Kommunikation zu ermöglichen. Diese Plattform wurde in einer Längsschnittstudie eingesetzt, um die Kommunikationsleistung während des Übergangs von Locked-In-Syndrom zu Completely Locked-In-Syndrom zu untersuchen, wobei die Präferenz für die Elektrookulografie-basierte Steuerung bei dieser speziellen Patientengruppe deutlich wurde. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurde eine wegweisende Fallstudie mit einem Patienten durchgeführt, der ein intrakortikales Brain-Computer Interface-System verwendete. Dies führte zu einer anhaltenden und erfolgreichen verbalen Kommunikation. Dies zeigt, dass der richtige methodische Ansatz das Potenzial hat, die Löschung des zielgerichteten Denkens, zu verhindern. Diese Entwicklung hat wesentlich dazu beigetragen, die Lebensqualität des Patienten zu verbessern. Schließlich wurden im Rahmen des Forschungsprogramms Merkmale der Lebensqualität schwerstgelähmter Personen bewertet, die das "Behinderungsparadoxon" bestätigen und darauf hindeuten, dass neuroplastische Veränderungen sowie kognitive und verhaltensbezogene Anpassungen zu ihrer positiven Selbsteinschätzung der Lebensqualität beitragen können.

My participation in the current research program encompasses several critical investigations aimed at improving Brain-Computer Interface systems for individuals with advanced Amyotrophic Lateral Sclerosis, particularly those transitioning from Locked-In Syndrome to Completely Locked-In Syndrome. Initial studies aim to gain a deeper understanding of the physiological changes during the progression of Amyotrophic Lateral Sclerosis using Electroencephalographic activity for monitoring brain function. Findings indicate significant frequency changes the in Electroencephalographic activity of Completely Locked-In Syndrome patients, which may impact the effectiveness of the Brain-Computer Interface. A validated and versatile Brain-Computer Interface software platform was developed, incorporating Electroencephalography, functional Near-Infrared Spectroscopy, and Electrooculography as modalities to enable communication for severely disabled users. This platform was used in a longitudinal study aimed at exploring communication performance during the transition from Locked-In Syndrome to Completely Locked-In Syndrome, highlighting the preference for Electrooculography-based control for this particular sample of patients. Using the acquired knowledge, a groundbreaking case study was conducted involving a patient in Completely Locked-In Syndrome who utilized an intracortical Brain-Computer Interface system, resulting in sustained and successful spelling-based communication. This demonstrates that the correct methodological approach may have the potential to prevent the extinction of goal-directed voluntary thinking. This development has made a substantial contribution to enhancing the patient's Quality of Life. Lastly, the research program evaluated features of Quality of Life of severely paralyzed individuals, confirming the "disability paradox" and suggesting that neuroplastic changes as well as cognitive and behavioural adaptations, may contribute to their positive Quality of Life self-assessment.