Roboterisch erweiterte mentale Praxis

Diese Studie besteht aus Experimenten an zwei nicht aufeinanderfolgenden Tagen im Human Neuromuscular Physiology Laboratory im Biological Sciences/Applied Physiology Building der Georgia Tech. Wenn sich die Probanden qualifizieren und der Teilnahme an dieser Studie zustimmen, werden sie gebeten, das Einverständnisformular zu lesen und zu unterschreiben. Der gesamte Eingriff dauert inklusive Vorbereitung etwa 3 Stunden pro Tag. Die Probanden kommen an zwei verschiedenen Tagen mit denselben Aufgaben ins Labor. Der erste Tag dient der Einarbeitung in die gleichen Aufgaben wie der zweite Tag. Die Probanden führen das folgende Experiment durch. Die Teilnehmer sitzen aufrecht und entspannen ihre Hände und Schultern. Die rechte Schulter wird mit Polstern am Oberarm fixiert, um eine Beugung/Streckung der Schulter zu verhindern. Die rechte Hand und der Unterarm werden auf einer Platte abgestützt, die unter einem Tisch versteckt ist. Die Roboterprothese wird auf dem Tisch platziert, so wie man normalerweise seinen eigenen Arm auf den Tisch legen würde. Es besteht keine physische Verbindung zwischen der Hand und der Roboterprothese. Die Probanden aktivieren ein Paar des vorderen Teils der Schultermuskulatur und des oberen Teils der Brustmuskulatur, um eine Greifbewegung der Roboterprothese auszuführen. Für eine lösende Bewegung der Prothese aktivieren die Probanden ein Paar der hinteren Schultermuskulatur und der Rückenmuskulatur. Die Muskelaktivität wird mit zwei kleinen Sensoren an jedem Muskel aufgezeichnet. Die Probanden üben die Aktivierung jedes Muskelpaares, während sie das Signal auf einem Monitor beobachten. In jedem Paar wird ein klareres Signal zur Steuerung der Roboterziffern verwendet. Nur gesunde Probanden: Gesunde Probanden führen die folgenden Aufgaben A-F aus. [A: Ruhe] Die Probanden entspannen ihre Muskeln ohne körperliche oder kognitive Anstrengung, während sie auf den ausgeschalteten Monitor blicken. [B: Roboteraktionsbeobachtung] Die Probanden entspannen die Muskeln und konzentrieren sich auf die Beobachtung der computergesteuerten Greif- und Freigabeaktionen (2 s pro Bewegung) der Roboterprothese. [C: Visual MI] Die Probanden entspannen die Muskeln und führen konventionelle visuelle mentale Bilder (MI) aus. Mithilfe von Audioanweisungen stellen sich die Probanden die Greif- und Loslassbewegungen mit dem rechten Arm jeweils 2 Sekunden lang in ihrem Kopf vor. Es kommt zu keiner proximalen Muskelkontraktion. [D: Kinästhetischer MI] Es wird das gleiche MI-Verfahren wie bei Aufgabe C durchgeführt, mit der Ausnahme, dass sich die Probanden auf das kinästhetische Gefühl konzentrieren, das bei den imaginären Bewegungen empfunden wurde. [E: Robotisch unterstütztes Üben (siehe detaillierte Beschreibung unten)] Die Probanden führen robotergestützte mentale Übungen für Greif- und Loslassbewegungen mit Aktivierungskontrolle der proximalen Muskeln durch. Während dieser Aufgabe stellen sich die Probanden auch das kinästhetische Gefühl vor, das sie bei den entsprechenden Bewegungen mit dem rechten Arm empfunden haben. [F: Proximale Muskelkontraktion mit visuellem Feedback eines virtuellen Roboters] Die Probanden führen Aufgabe E mit visuellem Feedback der Aktionen des virtuellen Roboters in 2D auf einem Monitor durch. [G: Robotergestütztes Üben ohne MI] Die Probanden führen Aufgabe E ohne MI durch. Als Reaktionsaufgabe beugen die Probanden den Zeigefinger, sobald sie einen akustischen Hinweis hören. Nur für Personen nach einem Schlaganfall: Die oben genannten Aufgaben C [Visual MI], E [Robotisch unterstützte mentale Übung] und A [Ruhe] werden von Personen nach einem Schlaganfall mit rechtsseitiger Hemiparese durchgeführt, die willentlich Finger und proximale Muskeln aktivieren können. Als Reaktionsaufgabe beugen die Probanden den Zeigefinger, sobald sie einen akustischen Hinweis hören. TMS (sowohl gesunde als auch Personen nach einem Schlaganfall): Während der oben genannten Aufgaben wird eine Hirnstimulation (TMS genannt) auf den motorischen Kortex in der linken Hemisphäre angewendet. Das TMS-Verfahren wird dem in den vorherigen Studien von den Forschern verwendeten Verfahren folgen. Eine TMS-Spule wird über einem präzisen Punkt auf der Kopfhaut platziert, wo die Forscher das Gehirn stimulieren, um den Muskel in Bewegung zu versetzen. Die Ermittler werden dem Probanden mitteilen, wann der Stimulationsteil des Verfahrens beginnen wird. Der erste Teil des Verfahrens besteht darin, den Bereich des Gehirns zu finden, der die Muskeln steuert. Diese Forscher positionieren die TMS-Spule am Kopf und geben dem Probanden eine Reihe von Stimulationen (sogenannte Magnetimpulse). Sobald die Stelle identifiziert ist, die die Muskeln steuert, werden die Forscher feststellen, dass die geringste Stimulation erforderlich ist, um die ruhenden Muskeln zu aktivieren. Der zweite Teil des Verfahrens besteht darin, mit TMS in Ruhe und während der oben beschriebenen Aufgaben eine Muskelkontraktion hervorzurufen. Die Forscher werden Einzelpuls- und Paarpuls-TMS mit 5-Sekunden-Intervallen oder mehr anwenden. Robotergestützte Übung (Aufgabe E und F oben): Eine Person nutzt proximale Muskelkontraktionen, um die Finger der Roboterprothese zu beugen und zu strecken, um eine Greif-Freigabe-Aufgabe auszuführen. 1) Erfassen. Die Person aktiviert 2 Sekunden lang die proximalen Muskeln wie für eine Rückholbewegung (den hinteren Teil der Schultermuskulatur und die Rückenmuskulatur). Diese Muskelaktivierung steuert die Prothese, um die Finger zu beugen, um einen zylinderförmigen Gegenstand zu greifen. 2) Freigabe. Die Person entspannt die oben aktivierten proximalen Muskeln und aktiviert die proximalen Muskeln wie bei einer Greifbewegung (den vorderen Teil der Schultermuskulatur und den oberen Teil der Brustmuskulatur) für 2 Sekunden. Diese Muskelaktivierung steuert die Prothese, um die Finger zu strecken und den Gegenstand freizugeben. Nach dem Loslassen des Objekts entspannt die Person die proximalen Muskeln. Die Person wiederholt diese Sequenz, während sie die Aktionen der Prothese beobachtet und hört. Mithilfe des Beschleunigungssignals wird die leichte Auslenkung des Oberarms ermittelt. Das EMG der Unterarm- und Handmuskulatur wird überwacht, um sicherzustellen, dass diese Muskeln während der proximalen Muskelaktivierung entspannt sind.