Ein potenzielles Wearable für die Rehabilitation nach einem Schlaganfall

Der Schlaganfall ist weltweit eine der Hauptursachen für langfristige Behinderungen bei Erwachsenen. Die eingeschränkte Gehfähigkeit nach einem Schlaganfall schränkt Mobilität und Lebensqualität stark ein. Viele neu entwickelte unterstützende Technologien zur Gehrehabilitation sind derzeit in ihrer Wirksamkeit allenfalls geringfügig besser als traditionelle Therapien. Es besteht ein dringender Bedarf an neuartigen, klinisch praktikablen und effektiven rehabilitativen Strategien zur Gangrehabilitation, die Schlaganfall-Überlebenden mit unterschiedlichen Erscheinungsformen ein noch besseres funktionelles Ergebnis bieten können.

Unter den vielen neuen Interventionen nach einem Schlaganfall bleibt die funktionelle elektrische Stimulation (FES) der Muskeln attraktiv. FES ist eine neural-rehabilitative Technologie, die Steuersignale von einem externen Gerät an das neuromuskuläre System übermittelt. Es wird zunehmend anerkannt, dass Rehabilitationsparadigmen die Wiederherstellung der Muskelkoordination des Patienten in Richtung des normalen Musters während des Trainings fördern sollten, und FES kann dieses Ziel erreichen, wenn Stimulationen auf den Muskelsatz angewendet werden, dessen natürliche Koordination beeinträchtigt ist. Aus diesem Grund ist FES eine sehr vielversprechende Interventionsstrategie. Bestehende FES-Paradigmen haben jedoch in früheren klinischen Studien, insbesondere bei chronisch Überlebenden, zu zweideutigen Ergebnissen geführt, wahrscheinlich weil entweder Stimulationen nur auf einzelne oder wenige Muskeln angewendet wurden oder das Stimulationsmuster das natürliche Muskelkoordinationsmuster während des Gehens nicht nachahmte. Eine Multi-Muskel-FES kann, wenn sie auf einen größeren funktionellen Satz von Muskeln angewendet und von ihrem natürlichen Koordinationsmuster angetrieben wird, Muskelaktivierungen durch Neuroplastizität in Richtung des normalen Musters lenken und so eine Beeinträchtigung auf der Ebene des Muskelaktivierungsdefizits wiederherstellen.

Das erste Ziel unseres Projekts ist die Verwendung eines 10-Kanal-FES-Wearables zur Abgabe von Multimuskel-FES an Muskeln in den unteren Extremitätenmuskeln. Die Teilnehmer werden versuchen, den Gang von Überlebenden eines chronischen Schlaganfalls über 12 Trainingseinheiten zu rehabilitieren, indem sie mit unserem Wearable Stimulationen an mehrere Muskeln in ihrem natürlichen Koordinationsmuster abgeben. Daher werden die Teilnehmer die Theorie der Muskelsynergie aus der Motorneurowissenschaft nutzen, um unsere personalisierbare Muskelauswahl für FES zu leiten. Muskelsynergien sind hypothetische neuronale Module der Motorsteuerung, die die räumlich-zeitlichen Aktivierungsmuster mehrerer Muskeln koordinieren. Unser anpassbares FES-Muster für jeden Schlaganfall-Überlebenden wird basierend auf den normalen Muskelsynergien konstruiert, die im Muskelmuster des Schlaganfall-Überlebenden während des Gehens fehlen. Da Muskelsynergien die natürlichen motorischen Kontrolleinheiten des Nervensystems darstellen, sollte die Verstärkung ihrer Aktivierung durch FES zur Wiederherstellung der normalen neuromuskulären Koordination und damit zu einem natürlicheren Gang nach dem Training führen.

Unser zweites Ziel ist es, die Wirksamkeit unseres FES-Paradigmas zu bewerten, indem wir die Geh-Muskel-Synergien in den paretischen und nicht-paretischen Beinen der trainierten Schlaganfall-Überlebenden vor, nach und 1 Monat nach unserer Intervention bewerten. Auf diese Weise hoffen die Teilnehmer zu untersuchen, ob die Muskelsynergie der unteren Extremitäten ein physiologisch basierter Marker für motorische Beeinträchtigungen für Schlaganfall-Überlebende sein kann.

Wenn unser auf Muskelsynergien basierendes multimuskuläres FES tatsächlich wirksam ist, wird unsere Strategie vielen behinderten Überlebenden eines chronischen Schlaganfalls helfen, ihre Mobilität wiederzuerlangen und so in den kommenden Jahrzehnten mit einer viel höheren Lebensqualität zu leben. Die klinischen und gesellschaftlichen Auswirkungen unserer Forschung werden enorm sein.