Kognitive Prothetik zur Verbesserung des Greifens und Greifens nach SCI

Eine Rückenmarksverletzung (SCI) auf zervikaler Ebene beeinträchtigt die Handfunktion stark und beeinträchtigt die Ausführung von Aktivitäten des täglichen Lebens. Der körperliche Rehabilitationsprozess erfordert Engagement des Teilnehmers, um sinnvolle Funktionsgewinne zu erzielen. Kognitiv ansprechende Rehabilitationsansätze können ein größeres Engagement für die Praxis und ein verbessertes Bewegungslernen ermöglichen.

Die Forscher schlagen vor, innovative Plattformen zu entwickeln, die Virtual Reality (VR) und instrumentierte Wearables nutzen, die kognitive Faktoren beim motorischen Erlernen des Greifens und Greifens der Hand nach SCI verbessern. Zu diesen Faktoren gehören ein größeres Gefühl der Entscheidungsfreiheit oder die Wahrnehmung von Kontrolle und multisensorisches Feedback. Das Handlungsgefühl ist mit einer größeren Bewegungskontrolle verbunden, und verschiedene sensorische Feedback-Modalitäten (visuell, akustisch und haptisch) haben sich beim Bewegungstraining als effektiv erwiesen. Diese Faktoren werden jedoch in traditionellen physikalischen Therapieansätzen nicht gut berücksichtigt.

Die Forscher haben zwei neuartige kognitiv basierte Plattformen zur Wiederherstellung der Greif- und Reichweitenfunktion entwickelt und schlagen vor, jede Plattform bei Veteranen mit chronischer SCI auf zervikaler Ebene zu testen.

Ziel 1 wird untersuchen, wie der "Kognitions"-Handschuh das funktionelle Greifen verbessern kann. Dieser Handschuh enthält Kraft- und Biegesensoren, die Eingaben für einen maschinellen Lernalgorithmus liefern, der darauf trainiert ist, vorherzusagen, wann ein sicherer Griff erreicht ist. Der Handschuh warnt den Benutzer durch integrierte Sensormodule, die visuelles (LED), akustisches (Piepton) und taktiles (Vibrator) Feedback geben, auf einen sicheren Griff. Während des Trainings wird Feedback in immer kürzeren Zeitintervallen gegeben, um nach und nach Handeln auf der Grundlage des neurowissenschaftlichen Prinzips der „absichtlichen Bindung“ zu induzieren. Dieses Prinzip legt nahe, dass man mit größerer Entscheidungsfreiheit wahrnimmt, dass ihre Aktion (d. h. sicheres Greifen) zeitlich stärker an eine sensorische Konsequenz (d. h. Handschuh-Feedback) gekoppelt ist. Der Handschuh ist gebrauchsfertig und jetzt mit angepassten VR-Anwendungen kompatibel, um ein verbessertes sensorisches Feedback durch ansprechende und angepasste visuelle und akustische Warnungen zu bieten. Die Forscher gehen davon aus, dass verbessertes Feedback in VR zu noch größeren Verbesserungen der Greifleistung führen wird als Onboard-Feedback allein.

Ziel 2 wird untersuchen, wie Veteranen mit QSL beim virtuellen Greifen eine bessere Armmuskelkontrolle lernen können, während sie eine „sensorische“ Orthese verwenden, die einem Arm isometrischen Widerstand entgegensetzt, um Elektromyographie (EMG)-Muster hervorzurufen, die einen virtuellen Arm antreiben können. Die Person erhält während des Trainings visuelles Feedback von VR und haptisches Muskelsehnen-Feedback von der Orthese. Sehnenstimulation kann Bewegungsempfindungen hervorrufen, die Muskelaktivierungsmuster modulieren. Das VR-Feedback liefert bewusste Bewegungstrainingshinweise, während das Vibrationsfeedback unbewusst deutlichere EMG-Muster hervorruft, die auf der Clusteranalyse basieren. Die Forscher gehen davon aus, dass die Förderung unterschiedlicher EMG-Muster, die durch die Maximierung der Abstände zwischen den Clustern erreicht werden, die Leistung einer Reach-to-Touch-Aufgabe verbessern wird.

Wichtig ist, dass das Konzept der Stärkung der kognitiven Handlungsfähigkeit und des Bewegungslernens durch tragbare Technologie, multisensorisches Feedback und virtuelle Realität während des körperlichen Trainings auf alle Formen neuromuskulärer Beeinträchtigungen anwendbar ist, einschließlich Schlaganfall und traumatischer Hirnverletzung zusätzlich zu QSL.