Brain Computer Interface (BCI)-basierte Roboterrehabilitation für Schlaganfälle

Das vorgeschlagene Rehabilitationsgerät ist das erste Neurorehabilitationssystem, das nicht-invasive BCI und Roboterrehabilitation für die gelähmte obere Extremität innerhalb von 6 Monaten nach einem Schlaganfall kombiniert. Die spontane Genesung nach einem Schlaganfall erfolgt in den ersten 6 bis 12 Monaten nach einem Schlaganfall. Die ersten 3-6 Monate sind die wichtigsten Perioden, da dies die Periode der maximalen neurologischen Erholung und Neuroplastizität ist. Unterschiedliche Genesungsraten treten für verschiedene Arten von Beeinträchtigungen nach einem Schlaganfall auf. Im Allgemeinen erholen sich motorische Funktionen (Mobilität, Gehen, Funktion der oberen Extremitäten, Aktivitäten des täglichen Lebens (ADL)) schneller als kognitive oder sprachliche Beeinträchtigungen, die sich über 12 Monate erholen können. Eine Reihe von Ansätzen zur Rehabilitation von Schlaganfallverletzungen wurden eingeführt, um die intrinsische Genesung zu erleichtern oder die adaptive Kompensation von schlaganfallbedingten Beeinträchtigungen zu unterstützen. Damit das Rehabilitationstraining effektiv ist, muss es im Allgemeinen so früh wie möglich nach einem Schlaganfall begonnen werden. Aktuelle Forschungsergebnisse belegen, dass die Rehabilitation mit traditionellen Ansätzen der Neurofazilitation die neurologische und funktionelle Erholung wirksam verbessert und keiner Behandlung oder Pflege allein überlegen ist. Rehabilitierte Patienten haben insgesamt kürzere Krankenhausaufenthalte, niedrigere Komplikationsraten, frühere und höhere Entlassungsraten nach Hause als Patienten, die keine Rehabilitation erhalten. Darüber hinaus führt die Rehabilitation mit einem multidisziplinären Teamansatz unter der Leitung eines Rehabilitationsarztes oder Spezialisten zu besseren funktionellen Ergebnissen im Vergleich zu allgemeinen stationären Akuttherapien. Damit die Rehabilitation die kortikale Neuroplastizität wirksam modifizieren kann, muss sie auf die spezifische Schlaganfallbeeinträchtigung abzielen, aufgabenspezifisch sein, die Übungen müssen repetitiv und intensiv sein, zielgerichtet sein und die Aufmerksamkeit des Schlaganfallpatienten auf sich ziehen. Einige der Komponenten der Rehabilitation umfassen Physiotherapie, Gang- und Gleichgewichtstraining, aerobe Konditionierung, funktionelles Training für Aktivitäten des täglichen Lebens (ADL), physikalische Modalitäten zur Behandlung von Schmerzen, funktionelle Elektrostimulation (FES) oder neuromuskuläre Elektrostimulation (NMES). Andere Methoden umfassen spezifische Behandlungen zur Behandlung von Rehabilitationskomplikationen wie Spastik, Ataxie, Kontrakturen und Blasen- oder Darminkontinenz. Oft sind sehr arbeitsintensive und teure Einzeltherapien mit engen Hand-auf-Hand-Behandlungen erforderlich. Zu den Einschränkungen der gegenwärtigen Techniken der Physiotherapie und Ergotherapie gehören die folgenden: (1) Schwierigkeiten bei der Rehabilitation des schwer gelähmten Arms und der Hand, die oft mit passiven Modalitäten wie NMES, passiven ROMs und anderen Modalitäten behandelt werden. (2) Schwierigkeiten, eine intensive Rehabilitation und viele Wiederholungen bei Personen mit mittelschwerer bis schwerer Lähmung der oberen Extremitäten zu erreichen, entweder aufgrund von Nichtteilnahme oder Schmerzen, die bei Personen mit schwerer Lähmung häufiger auftreten. (3) Probleme bei der Motivation und Aufrechterhaltung des Interesses des Patienten an sich wiederholenden Übungen. (4) Die Therapie wird oft als langweilig und aufgrund des Mangels an sofortigem Biofeedback empfunden. (I) Robotergestützte Rehabilitation: Das MIT (USA) hat einen Roboter namens MIT-MANUS entwickelt, um die Therapie von Schlaganfallopfern zu unterstützen. Kleine klinische Studien haben berichtet, dass der Roboter die Wiederherstellung der Armbewegung und -funktion der Patienten signifikant verbesserte, mit anhaltenden Zuwächsen mehrere Monate nach Beendigung der Behandlung. Dieses System wird weltweit in über 20 Zentren klinisch als Rehabilitationstrainingsinstrument eingesetzt. Zu den Vorteilen der robotergestützten Rehabilitation gehören die Fähigkeit, Bewegungs- und Kraftparameter zu dokumentieren und zu speichern, die Fähigkeit, Tausende von Wiederholungen pro Behandlungssitzung zu erreichen (100-mal mehr als bei einer herkömmlichen Behandlung oder FES), ohne Gewebeverletzungen oder Schmerzen zu verursachen, hohe Intensität bei geringer Reibung, Aufmerksamkeitstraining und verbessertes Biofeedback durch die Einbeziehung interaktiver Videospiele, die Trajektorien, Labyrinthe, ADL-Aufgaben wie das Zubereiten einer Mahlzeit und räumliche Aufgabensimulationen wie Einkaufen simulieren können. Darüber hinaus kann die Überwachung des Patienten durch den Therapeuten nach der anfänglichen Trainingszeit aufgrund der Nachhaltigkeit der Teilnahme des Patienten an der Roboter- oder BCI-basierten Roboterrehabilitation reduziert werden. Somit wird die Produktivität des menschlichen Therapeuten durch den Roboter erhöht. Der Roboter fungiert somit als hochtechnologisches Hilfsmittel für Kliniker und Therapeuten. Das System ist auch tragbar, was die Möglichkeit von Telerehabilitationsoptionen eröffnet, wobei die Leistung und der Fortschritt des Patienten von der Einrichtung fernüberwacht werden. (II) BCI-basierte BCI-basierte Roboterrehabilitation: Dieses nicht-invasive Gerät zielt darauf ab, einen neuartigen Ansatz im Robotertraining zu verwenden, der zuvor noch nicht im therapeutischen Bereich eingesetzt wurde. Im MIT-MANUS und verwandten kommerziell erhältlichen Systemen gibt es keine direkte Kommunikation zwischen der Psyche oder den Denkprozessen oder dem motorischen Willensdenken des Patienten und dem Robotersystem. Obwohl einige Sensoren verwendet werden, um die schwache Bewegung des Patienten zu erkennen, wissen sie nie, wann und wie sich der Patient bewegen möchte. Der Roboterarm, an dem der Patient angebunden oder fixiert ist, plant die Bewegungsbahn für den Patienten und reduziert seine aktive Rolle, wenn der Patient seine freiwillige Bewegung wiedererlangt. In den meisten Fällen kann der Patient dem vordefinierten Programm nur passiv folgen, wodurch die motorischen Initiativen und Potenziale oder Aufmerksamkeitsprozesse des Patienten möglicherweise nicht vollständig erforscht werden.