Kognitivní protetika pro zlepšení uchopení a dosažení po SCI

Poranění míchy (SCI) na úrovni děložního hrdla zhoršuje funkci ruky a vážně ohrožuje výkon činností každodenního života. Proces fyzické rehabilitace vyžaduje od účastníka odhodlání dosáhnout smysluplného zlepšení funkce. Rehabilitační přístupy, které jsou kognitivně poutavé, mohou usnadnit větší nasazení do praxe a lepší pohybové učení.

Vyšetřovatelé navrhují vyvinout inovativní platformy, které využívají virtuální realitu (VR) a instrumentovaná nositelná zařízení, která zlepšují kognitivní faktory během motorického učení úchopu rukou a dosahu po SCI. Mezi tyto faktory patří větší smysl pro jednání nebo vnímání kontroly a vícesmyslová zpětná vazba. Smysl pro jednání je spojen s větší kontrolou pohybu a různé způsoby senzorické zpětné vazby (vizuální, zvuková a haptická) se osvědčily v pohybovém tréninku. Tyto faktory však nejsou v tradičních přístupech fyzikální terapie dobře zohledňovány.

Výzkumníci vyvinuli dvě nové kognitivní platformy pro rehabilitaci funkce uchopení a dosahu a navrhují otestovat každou platformu u veteránů s chronickou SCI na cervikální úrovni.

Cíl 1 bude zkoumat, jak může rukavice „poznávání“ zlepšit funkční úchop. Tato rukavice obsahuje senzory síly a ohybu, které poskytují vstupy do algoritmu strojového učení, který je trénovaný tak, aby předvídal, kdy je dosaženo bezpečného uchopení. Rukavice upozorňuje uživatele na bezpečné uchopení prostřednictvím integrovaných senzorových modulů, které poskytují vizuální (LED), zvukovou (pípák) a hmatovou (vibrační) zpětnou vazbu. Během tréninku je poskytována zpětná vazba v postupně kratších časových intervalech, aby se progresivně indukovala činnost na základě neurovědního principu „záměrné vazby“. Tento princip naznačuje, že s větší agendou člověk vnímá jejich činnost (tj. bezpečné uchopení) více v čase se smyslovým důsledkem (tj. zpětnou vazbou z rukavice). Rukavice jsou připraveny pro uživatele a nyní mají kompatibilitu s přizpůsobenými aplikacemi VR, aby poskytovaly vylepšenou senzorickou zpětnou vazbu prostřednictvím poutavých a přizpůsobených vizuálních a zvukových upozornění. Vyšetřovatelé předpokládají, že vylepšená zpětná vazba ve VR povede k ještě většímu zlepšení výkonu uchopení než samotná integrovaná zpětná vazba.

Cíl 2 bude zkoumat, jak se veteráni s SCI mohou naučit větší kontrole svalů paže během virtuálního dosahování při použití „smyslové“ ortézy, která poskytuje izometrický odpor jedné paži k vyvolání elektromyografických (EMG) vzorů, které mohou řídit virtuální paži. Osoba dostává vizuální zpětnou vazbu z VR a haptické zpětné vazby svalové šlachy z ortézy během tréninku. Stimulace šlach může vyvolat vjemy pohybu, které modulují vzorce aktivace svalů. Zpětná vazba VR bude poskytovat vědomé vodítka pro trénink pohybu, zatímco vibrační zpětná vazba bude podvědomě vyvolávat zřetelnější EMG vzory založené na shlukové analýze. Vyšetřovatelé předpokládají, že podpora odlišných EMG vzorů, dosažená maximalizací vzdáleností mezi shluky, zlepší výkon úkolu „dosah na dotek“.

Důležité je, že koncept posilování kognitivní agentury a učení pohybu pomocí nositelných technologií, vícesmyslové zpětné vazby a virtuální reality během fyzického tréninku bude kromě SCI aplikovatelný na všechny formy neuromuskulárního postižení, včetně mrtvice a traumatického poranění mozku.