Brain Computer Interface (BCI) Baseret Robotic Rehabilitation for Stroke

Det foreslåede rehabiliteringsapparat er det første neuro-rehabiliteringssystem, som kombinerer non-invasiv BCI og robotrehabilitering til den lammede slagtilfælde overekstremitet inden for 6 måneder efter slagtilfælde. Spontan genopretning efter slagtilfælde finder sted i løbet af de første 6-12 måneder efter slagtilfælde. De første 3-6 måneder er de mest afgørende perioder, da dette er perioden med maksimal neurologisk restitution og neuroplasticitet. Forskellige restitutionsrater forekommer for forskellige typer af svækkelse efter slagtilfælde. Generelt restituerer motoriske funktioner (mobilitet, gang, overekstremitetsfunktion, daglige aktiviteter (ADL)) hurtigere end kognitive eller sproglige svækkelser, som kan komme sig over 12 måneder. En række tilgange til genoptræning af slagtilfælde er blevet introduceret for at lette iboende restitution eller hjælpe med adaptiv kompensation for slagtilfælde-relaterede svækkelser. Generelt for at rehabiliterende træning skal være effektiv, skal den påbegyndes så tidligt som muligt efter slagtilfælde. Aktuel forskning viser, at rehabilitering ved hjælp af traditionelle neuro-faciliterende tilgange er effektiv til at forbedre neurologisk og funktionel restitution og er overlegen i forhold til ingen behandling eller sygepleje alene. Rehabiliterede patienter har kortere samlede indlæggelsesophold, lavere komplikationsrater, tidligere og højere udskrivelsesrater end patienter, der ikke får genoptræning. Derudover resulterer rehabilitering, der involverer en multidisciplinær teamtilgang ledet af rehabiliteringslæge eller specialist, i bedre funktionelle resultater sammenlignet med akutte almene afdelingsbaserede terapier. For at rehabilitering skal være effektiv til at modificere kortikal neuroplasticitet, skal den være målrettet mod den specifikke slagtilfælde, opgavespecifik, træning skal være repetitiv og intensiv, målrettet og afhente opmærksomheden hos slagtilfældepatienten. Nogle af komponenterne i rehabilitering omfatter fysioterapi, gang- og balancetræning, aerob konditionering, funktionelle aktiviteter i dagligdagen (ADL), fysiske modaliteter til smertebehandling, funktionel elektrisk stimulering (FES) eller neuromuskulær elektrisk stimulering (NMES). Andre metoder omfatter specifikke behandlinger for at imødegå komplikationer af rehabilitering såsom spasticitet, ataksi, kontrakturer og blære- eller tarminkontinens. Ofte kræves en-til-en og meget arbejdskrævende og dyre behandlinger med tætte hånd-over-hånd-behandlinger. Begrænsninger af nuværende fysio- og ergoterapiteknikker omfatter følgende:(1) Vanskeligheder ved rehabilitering for den alvorligt lammede arm og hånd, som ofte behandles med passive modaliteter såsom NMES, passive ROM'er og andre modaliteter. (2) Vanskeligheder med at opnå intensiv genoptræning og høje gentagelser hos dem med moderat til svær overekstremitetslammelse enten på grund af manglende deltagelse eller smerte, som er mere almindelig hos dem med svær lammelse. (3) Problemer med at motivere og fastholde patientens interesse for gentagne øvelser.(4) Terapi opfattes ofte som kedeligt og skyldes mangel på øjeblikkelig biofeedback. (I) Robotstøttet rehabilitering: MIT (USA) har udviklet en robot, kaldet MIT-MANUS, til at hjælpe terapi af slagtilfældeofre. Små kliniske forsøg har rapporteret, at robotten væsentligt forbedrede patienternes genopretning af armbevægelser og funktion med vedvarende fremgang flere måneder efter behandlingens ophør. Dette system bliver klinisk brugt som et rehabiliteringstræningsværktøj i over 20 centre verden over. Fordelene ved robotstøttet rehabilitering inkluderer evnen til at dokumentere og lagre bevægelses- og kraftparametre, evnen til at opnå tusindvis af gentagelser pr. behandlingssession (100 gange mere end konventionel behandling eller FES) uden at forårsage vævsskade eller smerte, høj intensitet med lav friktion, opmærksomhedstræning og øget biofeedback gennem inkorporering af interaktive videospil, som kan simulere baner, labyrinter, ADL-opgaver såsom forberedelse af et måltid og rumlig opgavesimulering såsom at gå på indkøb. Derudover kan terapeutens supervision af patienten efter den indledende træningsperiode reduceres på grund af holdbarheden af ​​patientens deltagelse fra robot- eller BCI-baseret Robotic Rehabilitation. Derfor øges produktiviteten hos den menneskelige terapeut af robotten. Robotten fungerer således som en højteknologisk hjælp for klinikeren og terapeuten. Systemet er også bærbart, hvilket giver mulighed for tele-rehabiliteringsmuligheder, hvor patientens præstation og fremskridt overvåges af institutionen på afstand. (II)BCI-baseret BCI-baseret robotrehabilitering: Denne ikke-invasive enhed har til formål at bruge en ny tilgang til robottræning, som ikke har været anvendt i det terapeutiske område før. I MIT-MANUS og relaterede kommercielt tilgængelige systemer er der ingen direkte kommunikation mellem patientens sind eller tankeprocesser eller motorisk viljetænkning og robotsystemet. Selvom nogle sensorer bruges til at registrere patientens svage bevægelse, ved den aldrig hvornår og hvordan patienten ønsker at bevæge sig. Robotarmen, som patienten er bundet til eller begrænset til, planlægger bevægelsesbanen for patienten og reducerer dens aktive rolle, efterhånden som patienten genopretter sin frivillige bevægelse. I de fleste tilfælde kan patienten kun passivt følge det foruddefinerede program, som måske ikke fuldt ud udforsker patientens motoriske initiativer og potentiale eller opmærksomhedsprocesser.