IVR i motorisk genoptræning (IVR_MOT)

BAGGRUND Sportsskader er en vigtig hindring både for sportspræstationer og for at opretholde en sund livsstil, der indebærer kontinuerlig og regelmæssig fysisk aktivitet. I Italien er der hvert år cirka 300.000 indlæggelser på skadestuen blandt 20 millioner mennesker, der dyrker sport.

Med hensyn til konkurrencesport er det tætte konkurrenceskemaer, hurtige rytmer og voksende pres, som atleter oplever, som bestemmer den stigende hyppighed af skader. Skader resulterer i perioder med afståelse fra konkurrencer og påvirker atleternes psyko-fysiske balance. Af disse grunde har sportsskader betydelige direkte og indirekte omkostninger, og fysioterapi har til formål at genoprette motorisk funktion for at garantere den hurtigste og sikreste tilbagevenden til sporten.

Enhver form for motorisk genoptræning, både i tilfælde af skader på centralnervesystemet og dem, der er relateret til perifere problemer (som i de fleste sportsskader), er baseret på begreberne plasticitet og kompensation. Med andre ord indebærer muligheden for recovery, at systemet kan omorganisere sig selv. Rent praktisk forsøger rehabiliteringsvidenskaben i sin nuværende form direkte at fremme aktiv og repetitiv træning af det beskadigede (motoriske) system. Denne logik, det vil sige den proces, der primært er baseret på handlingsudførelse, har en stor iboende grænse, der udgør en hindring for behandlingen: den arbejder direkte med den motoriske funktion, der dog er kompromitteret, selv i alvorligt omfang. Det er dog for nylig blevet foreslået, at det motoriske system kan aktiveres ved blot at observere ens egen krop udføre bevægelserne, uden nogen egentlig bevægelsesudførelse. I tråd med det, og ved at udnytte den multisensoriske natur og følelsen af ​​nærvær og legemliggørelse, som Immersive virtual reality (IVR) giver, har det vist sig, at det er muligt at skabe en illusorisk oplevelse, at en virtuel krop (avatar) i bevægelse midlertidigt blev ens egen bevægende krop (såkaldt legemliggørelse. Desuden aktiverer denne oplevelse det motoriske system på en måde, der ligner aktiveringen fra ens egne faktiske bevægelser. Derfor er de (illusoriske) bevægelser af den legemliggjorte virtuelle krop under sådanne forhold integreret i deltagerens motoriske system.

Baseret på disse teoretiske overvejelser foreslår nærværende projekt at anvende IVR til at teste en mulig drastisk ændring af rehabiliteringstilgangen, der ville omgå/begrænse problemet med den (mangelfulde) motoriske udførelse. Hovedhypotesen er, at simpel observation af en virtuel krop i bevægelse, som opfattes som ens egen, ville give adgang til det motoriske system i et omfang, der fremmer den funktionelle restitution. Målet er med andre ord at få adgang til den motoriske funktion gennem det (intakte) somatosensoriske system, snarere end gennem det (beskadigede) motoriske. Derudover giver en sådan procedure mulighed for at udføre i det mindste en del af behandlingen på afstand.

MÅL

Det nuværende forskningsprojekt om idrætsrehabilitering har følgende mål:

1. At validere en rehabiliteringsprotokol i Immersive virtual reality (IVR) til genoprettelse af motoriske funktioner efter perifere skader i underekstremiteterne. Protokollen ville være baseret på observation af handlinger snarere end deres udførelse. Rationalet bag denne idé er, at indirekte aktivering af det motoriske system gennem observation af ens "egen" virtuelle krop, der udfører fysiske øvelser, ville rekruttere de samme neurokognitive mekanismer som dem, der er involveret i den virkelige motoriske kontrol og handlingsudførelse. Dette ville forbedre den motoriske restitution ved at forbedre den fysiske rehabilitering væsentligt.
2. At udvikle en standardprotokol, der ville kombinere den neurovidenskabelige tilgang baseret på IVR og standarderne for sportsrehabilitering og ville skabe en ny tilgang, der ville komplementere den klassiske rehabilitering og kunne udføres eksternt derhjemme.

EKSEMPEL Deltagerne vil blive rekrutteret ved HastaFisio og Centro di Medicina Preventiva e dello Sport dell'Università degli Studi di Torino fysioterapicentre; prøven vil bestå af voksne (aldersinterval 18-65 år), som har gennemgået knæforstuvning og/eller operation i knæledbånd og/eller menisk efter muskel- og skeletskader i knæet. Prøvestørrelsen blev estimeret baseret på a priori effektanalyse for blandede effekter 3x3 ANOVA med tid (før, midt og efter) som inden for-subjekt-faktor og gruppe (eksperimentel, aktiv kontrol, ingen VR) som mellem-subjekt-faktor. For at nå en potens på 0,80 med en medium effektstørrelse (f = 0,25) og alfaniveau sat til 0,05, er den nødvendige stikprøvestørrelse 36 (12 deltagere pr. gruppe). Undersøgelsen vil rekruttere 45 deltagere (15 pr. gruppe) for at tage højde for eventuelt frafald.

METODER Den første eksperimentelle session vil finde sted inden for to uger efter knæoperationen, og IVR-træningsinterventionen vil vare seks uger, parallelt med den første fase af standard fysisk genoptræning. IVR træningsprotokollen indebærer observation af en virtuel avatar i førstepersonsperspektivet (eksperimentel gruppe) eller i tredjepersonsperspektivet (aktiv kontrolgruppe); en anden kontrolgruppe (ingen IVR-træning) vil kun gennemgå standard fysisk træning. I det virtuelle scenarie vil avataren udføre en række rehabiliteringsøvelser (se detaljer nedenfor). Før (T0), i midten (T1) og efter (T2) interventionen vil de neuromuskulære funktioner blive vurderet med et batteri af standard kliniske tests (se detaljer nedenfor). Ydermere, for at evaluere effektiviteten af ​​IVR-proceduren, vil udførelsesform blive målt via et ad hoc-spørgeskema på samme tidspunkter.

Foranstaltninger:

Følgende batteri af test vil blive indsamlet ved T0, T1 og T2:

1. Før IVR træningssession:

   • IKDC-skala (International knædokumentationskomité subjektiv knæevalueringsformular);
   • Fællespositionsfølelse målt med GyKo (inertialmåleværktøj);
   • Knæudvidelses bevægelsesområde målt med GyKo (inertialmåleværktøj);
   • Maksimal kraft af knæekstensorerne målt via håndholdt dynamometer;
   • Visuel analog skala (VAS) for smerte efter maksimal kontraktion.

2. Under IVR træningssessionen:

   - Udførelsesformular spørgeskema efter øvelserne er gennemført.

3. Efter IVR træningssessionen:

   • Subjektiv fortrolighed med hver øvelse præsenteret i IVR-træningen;
   • Generel subjektiv feedback vedrørende IVR-sessionen. Bemærk, at de kliniske fysiologiske mål (ledstillingssans, knæforlængelse, maksimal kraft af knæekstensorer) vil blive registreret for begge ben.

Uddannelse:

Alle grupper af deltagere vil to gange om ugen følge standard fysisk træningsprotokol, der vil omfatte øvelser i styrke, balance og fleksibilitet. Derudover vil eksperimentelle og aktive kontrolgrupper deltage i IVR-træningen, der administreres på samme dage som den fysiske træning, altid forud for den. IVR-træningen vil blive administreret gennem et hovedmonteret display, der gør det muligt at præsentere fordybende 3D-miljøer med et 360° synsfelt. Den virtuelle scene vil indeholde et fitnesscenter med noget standardudstyr og en virtuel avatar i naturlig størrelse, kønsmatchet med deltagerne. Avataren vil blive set enten fra førstepersonsperspektivet (dvs. som om avataren erstattede den virkelige krop; Eksperimentel gruppe) eller fra tredjepersonsperspektivet (dvs. som om det var en anden person observeret fra siden; Aktiv kontrolgruppe). Efter den indledende familiariserings- og fordybelsesfase, vil avataren udføre en række øvelser (siddende knæforlængelse, squat, læns fremad, trin op og ned fra et trin, split squat, anterior rækkevidde af Y-balancetest), 3 kredsløb med 8 gentagelse af hver øvelse, der efterligner en fysisk rehabiliteringssession i det virkelige liv. Avataren vil udføre øvelserne på den skadede benside (i tilfælde hvor øvelserne er et-benede).

Analyse:

Dataene opnået i testene og spørgeskemaerne beskrevet ovenfor vil blive sammenlignet mellem de tre grupper (eksperimentel, aktiv kontrol og ingen IVR træning) og inden for de tre tidspunkter (T0, T1, T2) ved hjælp af en 3x3 mixed-effects ANOVA med Time som en inden-subjekt faktor og gruppe som en mellem-subjekt faktor. Hypotesen er, at den eksperimentelle gruppe vil vise større forbedring i det skadede lems funktionelle ydeevne end den aktive kontrolgruppe og træningsgruppen uden IVR.

PROJEKTETS IMPLIKATIONER Fra et teoretisk perspektiv vil projektet være det første til at bevise den grundlæggende rolle af de neurokognitive mekanismer, der ligger til grund for bevidst repræsentation af egen krop i motorisk rehabilitering af perifere skader. Faktisk, på nuværende tidspunkt, tyder kun få undersøgelser på, at blot at repræsentere en krop som sin egen (uden behov for at udføre bevægelser) påvirker det motoriske system. Kun én undersøgelse undersøgte, om dette kunne have en positiv indflydelse på den motoriske funktion; disse resultater blev imidlertid indsamlet hos patienter med hjernelæsioner snarere end perifere. Af disse grunde tilbyder projektet en ny tilgang til rehabilitering, der er baseret på hypoteser godt understøttet af den eksisterende teoretiske viden, men som forbliver uudforsket eksperimentelt. At demonstrere, at illusionen om, at ens egen krop bevægede sig, kan fremme aktiveringen af ​​hjerneområder involveret i motorisk planlægning og udførelse (f.eks. planlægning og udførelse af sportsrehabiliteringsøvelser), og derfor forbedre den mangelfulde motoriske funktionalitet, ville være et nyt videnskabeligt fund. . Desuden skaber det nye muligheder i den mere generelle sammenhæng med motorisk rehabilitering at demonstrere, at det motoriske system kan påvirkes gennem de signaler, der er relateret til kroppen via en virtuel krops egenskaber, selv i tilfælde af perifere skader.

Med hensyn til indvirkning på rehabiliteringsvidenskaben vil effekterne af projektresultaterne optræde på flere niveauer, da det foreslår en radikal ændring af sportsrehabiliteringstilgangen. Tabet af motorisk funktion som følge af sportsskader er en invaliderende begivenhed med en kaskade af negative konsekvenser. Det nyeste inden for rehabiliteringen omfatter standardprotokoller, der er baseret på udførelse af bevægelser, og som skal udføres i passende udstyrede strukturer (gymnastikcentre i rehabiliteringscentre). For det første kræver IVR-træningen ikke nogen fysisk bevægelsesudførelse og kan derfor tjene som en værdifuld tilføjelse til standardrehabiliteringsprotokollerne eller endda erstatte nogle fysiske rehabiliteringssessioner. For det andet kan IVR-træning udføres eksternt og autonomt af patienten, hvilket er en vigtig fordel for enhver form for intervention, især i lyset af den aktuelle situation med den globale pandemi. Disse to elementer kan i høj grad reducere den samlede tid og indsats, der investeres i at komme sig efter skader. For det tredje er en sådan tilgang meget fleksibel af natur og kan suppleres med andre teknikker og mål for motorisk adfærd (f.eks. bevægelseskinematik, hjernens elektriske aktivitet, mål for aktiviteten af ​​det autonome nervesystem osv.), afhængigt af de specifikke behov og kompleksitetsniveau.