NeuroSuitUp: Neurorehabilitering gennem synergistiske menneske-maskine-grænseflader (NeuroSuitUp)

NeuroSuitUp-projektets fulde titel er <Neurorehabilitering gennem synergistiske menneske-maskine-grænseflader, der fremmer slumrende neuroplasticitet ved rygmarvsskade>. Det er et multidisciplinært neurofysiologisk og neural rehabiliteringsingeniørprojekt, udviklet af Lab of Medical Physics & Digital Innovation, School of Medicine, Fakultet for Sundhedsvidenskab Aristoteles University of Thessaloniki og støttet af en neurokirurgisk afdeling. Denne forskning er medfinansieret af Grækenland og Den Europæiske Union (Den Europæiske Socialfond-ESF) gennem det operationelle program "Udvikling af menneskelige ressourcer, uddannelse og livslang læring 2014-2020" i forbindelse med projektet ""NeuroSuitUp"" (MIS 5047840) ). Hjemmesiden for projektet kan tilgås på https://imedphys.med.auth.gr/project/neurosuitup.

NeuroSuitUp-projektet involverer:

• En klinisk undersøgelse til rehabilitering af patienter med cervikal rygmarvsskade (CSCI), ved hjælp af flere fordybende menneske-maskine-grænseflader (Brain-Computer Interface (BCI) kontrolleret robotarmsenhed, Wearable Robotics Jacket & Gloves, Serious Gaming Application, Augmented Reality-præsentation)
• En sekundær off-line neurofysiologisk analyse af brin cortical aktivering, forbindelse og plasticitet samt muskelelektrofysiologi hos patienter med CSCI, der gennemgår motorisk billedsprog (MI) og BCI træning og assistance gennem elektrisk muskelstimulering

Milepæle i undersøgelsen:

• Efterforskerne sigter mod at udvikle, teste og optimere en intervention baseret på flere fordybende menneske-maskine-grænseflader
• Efterforskerne sigter mod at udvikle og validere neuro-rehabiliteringsprotokoller i eget tempo for patienter med CSCI.
• Efterforskerne sigter mod at identificere og studere den neurofysiologiske funktionalitet og ændring af kortikal aktivitet i kronisk CSCI.

De sensorimotoriske netværk af patienter med rygmarvsskade (SCI) og raske individer deler lignende forbindelsesmønstre, men nye funktionelle interaktioner er blevet identificeret som unikke for SCI-patientnetværk og kan tilskrives både adaptive og maladaptive organisationseffekter efter skaden. Betydningen af ​​sådanne fænomener både som mulige prognostiske faktorer og som bidragydere til patientrehabilitering er endnu uspecificeret. Den nøjagtige underliggende neurofysiologiske proces og omfanget af denne moduleres af interaktioner af højere orden er heller ikke fuldt ud forstået. Langt vigtigere er det, at det for første gang for første gang har demonstreret delvis neurologisk bedring hos komplette SCI-patienter efter 5-10 år fra skaden gennem banebrydende neuro-rehabiliteringsprotokoller, integreret i traditionel medicinsk og fysioterapipraksis. Efterforskerne brugte rig visuel og taktil feedback, virtual reality-miljøer (VRE), BCI-kontrollerede exoskelet og robotaktuatorer og desuden dokumenterede plasticitetseffekter på kortikalt niveau.

Resterende kommunikation mellem hjerne og rygmarv spiller en vigtig rolle i eventuel neurorehabilitering, da selv ved fuldstændige skader er en fjerdedel af nervefibrene, der krydser skadesniveauet, funktionelt intakte. Som sådan er genoptræning af CNS-kredsløb og fremme af plasticitet for at genoprette kropsfunktioner blevet anerkendt blandt nøgleprincipperne for rygmarvsreparation af US National Institute of Neurological Disorders and Stroke (US NIH/NINDS). Ikke desto mindre skildrer eksisterende litteratur endnu ikke med præcision den patofysiologiske proces og virkning af SCI på CNS og de sensorimotoriske netværk. Undersøgelser, der er nødvendige for at løse dette problem (såsom vores undersøgelse), bør overvejes og identificere specifikke spørgsmål, der skal besvares gennem yderligere undersøgelser: a) hvordan og hvorfor reorganisering af CNS-netværk etableres, b) hvordan denne reorganisering udvikler sig over tid i forhold til skadens sværhedsgrad og kronicitet, c) hvornår kan den betragtes som en adaptiv eller utilpasset udvikling, og d) hvordan kan den henholdsvis fremmes eller forebygges. Den opnåede indsigt forventes at have klinisk relevans i forebyggelse af maladaptiv plasticitet efter SCI gennem individualiseret neuro-rehabilitering, samt i design af hjælpeteknologier til SCI-patienter.

Dette NeuroSuitUp-studie er både en præ-klinisk neurofysiologisk undersøgelse af humane SCI-patienter, der har til formål at fremme grundlæggende viden om SCI-følger til CNS og også en translationel implementering i klinisk (rehabilitering) praksis. Vores analyse har til formål at hjælpe med at producere en model af CNS fungerer langs forskellige stadier af SCI (akut, subakut, kronisk), under forskellig aktivitet (hviletilstand, simple motoriske opgaver, kompleks sansemotorisk aktivitet), skelner mellem komplet og ufuldstændig skade og ideelt set at kunne forudsige negativt udfald versus mulig restitution . NeuroSuitUp-projektet har til formål at undersøge og fremme sovende neuroplasticitet efter kronisk SCI ved halshvirvelsøjlen, en type skade, der forårsager tetraparese og tetraplegi. Vores protokol vil implementere træning i hjernecomputergrænseflader og robotarme, virtuelle miljøer (hjernekontrollerede virtuelle arme, avatarer og augmented reality-bærbare robotter med sensorer og aktuatorer (handsker og jakke) og rige audio/visuelle/taktile stimuli sammen med seriøse spilapplikationer at øge motivationen. Visuelle og kinæstetiske sensorimotoriske hjernenetværk vil også blive undersøgt ved hjælp af high density elektroencefalografi for at demonstrere og overvåge CNS plasticitet.