IVR in der motorischen Rehabilitation (IVR_MOT)

HINTERGRUND Sportverletzungen sind ein wichtiges Hindernis sowohl für die sportliche Leistung als auch für die Aufrechterhaltung eines gesunden Lebensstils, der eine kontinuierliche und regelmäßige körperliche Aktivität beinhaltet. In Italien gibt es jedes Jahr ungefähr 300.000 Aufnahmen in die Notaufnahme unter 20 Millionen Menschen, die Sport treiben.

Im Leistungssport bestimmen dichte Wettkampftermine, schnelllebige Rhythmen und wachsende Belastungen der Athleten die zunehmende Verletzungshäufigkeit. Verletzungen führen zu Wettkampfpausen und beeinträchtigen das psycho-physische Gleichgewicht der Athleten. Aus diesen Gründen verursachen Sportverletzungen erhebliche direkte und indirekte Kosten, und die Physiotherapie zielt darauf ab, die motorischen Funktionen wiederherzustellen, um die schnellste und sicherste Rückkehr zum Sport zu gewährleisten.

Jede Form der motorischen Rehabilitation, sowohl bei Schäden am zentralen Nervensystem als auch bei peripheren Problemen (wie bei den meisten Sportverletzungen), basiert auf den Konzepten der Plastizität und Kompensation. Mit anderen Worten, die Möglichkeit der Wiederherstellung impliziert, dass sich das System selbst reorganisieren kann. In der Praxis versucht die Rehabilitationswissenschaft in ihrer jetzigen Form, aktive und repetitive Übungen des geschädigten (motorischen) Systems direkt zu fördern. Diese Logik, d. h. der Prozess, der hauptsächlich auf der Ausführung von Handlungen basiert, hat eine große intrinsische Grenze, die ein Hindernis für die Behandlung darstellt: Sie arbeitet direkt mit der Motorik, die jedoch zum Teil stark beeinträchtigt ist. Es wurde jedoch kürzlich vorgeschlagen, dass das motorische System aktiviert werden kann, indem man einfach beobachtet, wie der eigene Körper die Bewegungen ausführt, ohne dass eine tatsächliche Bewegungsausführung erfolgt. In Übereinstimmung damit und unter Nutzung der multisensorischen Natur und des Gefühls der Präsenz und Verkörperung, die Immersive Virtual Reality (IVR) bietet, wurde gezeigt, dass es möglich ist, eine illusorische Erfahrung zu schaffen, die einen sich vorübergehend bewegenden virtuellen Körper (Avatar) darstellt zum eigenen beweglichen Körper geworden (sog. Embodiment). Darüber hinaus aktiviert diese Erfahrung das motorische System in ähnlicher Weise wie die Aktivierung durch die eigenen tatsächlichen Bewegungen. Daher werden unter solchen Bedingungen die (illusorischen) Bewegungen des verkörperten virtuellen Körpers in das motorische System des Teilnehmers integriert.

Basierend auf diesen theoretischen Überlegungen schlägt das vorliegende Projekt vor, das IVR einzusetzen, um eine mögliche drastische Änderung des Rehabilitationsansatzes zu testen, die das Problem der (mangelhaften) motorischen Ausführung umgehen/begrenzen würde. Die Haupthypothese ist, dass die einfache Beobachtung eines sich bewegenden virtuellen Körpers, der als der eigene wahrgenommen wird, einen Zugang zum motorischen System ermöglichen würde, um die funktionelle Wiederherstellung zu fördern. Mit anderen Worten, das Ziel ist es, über das (intakte) somatosensorische System auf die motorischen Funktionen zuzugreifen, anstatt über das (geschädigte) motorische. Außerdem bietet ein solches Verfahren die Möglichkeit, zumindest einen Teil der Behandlung aus der Ferne durchzuführen.

ZIELE

Das vorliegende Forschungsprojekt zur Sportrehabilitation hat folgende Ziele:

1. Validierung eines Rehabilitationsprotokolls in Immersive Virtual Reality (IVR) zur Wiederherstellung motorischer Funktionen nach peripheren Verletzungen der unteren Extremitäten. Das Protokoll würde eher auf der Beobachtung von Aktionen als auf ihrer Ausführung basieren. Der Grundgedanke hinter dieser Idee ist, dass die indirekte Aktivierung des motorischen Systems durch die Beobachtung des „eigenen“ virtuellen Körpers, der körperliche Übungen ausführt, die gleichen neurokognitiven Mechanismen rekrutieren würde wie diejenigen, die an der realen motorischen Steuerung und Handlungsausführung beteiligt sind. Dies würde die motorische Erholung verbessern, indem die körperliche Rehabilitation erheblich verbessert wird.
2. Entwicklung eines Standardprotokolls, das den neurowissenschaftlichen Ansatz auf der Grundlage von IVR und die Standards der Sportrehabilitation kombiniert und einen neuen Ansatz schafft, der die klassische Rehabilitation ergänzt und zu Hause aus der Ferne durchgeführt werden könnte.

BEISPIEL Die Teilnehmer werden in den Physiotherapiezentren HastaFisio und Centro di Medicina Preventiva e dello Sport dell'Università degli Studi di Torino rekrutiert; Die Stichprobe besteht aus Erwachsenen (Altersgruppe 18-65 Jahre), die sich nach Verletzungen des Bewegungsapparates des Knies einer Knieverstauchung und/oder Operation an Kniebändern und/oder Meniskus unterzogen haben. Die Stichprobengröße wurde basierend auf einer A-priori-Power-Analyse für 3x3-ANOVA mit gemischten Effekten mit Zeit (vor, Mitte und nach) als Innersubjektfaktor und Gruppe (Experimentell, aktive Kontrolle, kein VR) als Zwischensubjektfaktor geschätzt. Um eine Trennschärfe von 0,80 mit einer mittleren Effektgröße (f = 0,25) und einem auf 0,05 eingestellten Alpha-Niveau zu erreichen, beträgt die erforderliche Stichprobengröße 36 (12 Teilnehmer pro Gruppe). Die Studie wird 45 Teilnehmer (15 pro Gruppe) rekrutieren, um mögliche Ausfälle zu berücksichtigen.

METHODEN Die erste experimentelle Sitzung findet innerhalb von zwei Wochen nach der Knieoperation statt und die IVR-Trainingsintervention wird sechs Wochen dauern, parallel zur ersten Phase der standardmäßigen körperlichen Rehabilitation. Das IVR-Trainingsprotokoll impliziert das Beobachten eines virtuellen Avatars in der Perspektive der ersten Person (Experimentalgruppe) oder in der Perspektive der dritten Person (aktive Kontrollgruppe); eine andere Kontrollgruppe (kein IVR-Training) wird nur dem standardmäßigen körperlichen Training unterzogen. In dem virtuellen Szenario führt der Avatar eine Reihe von Rehabilitationsübungen durch (siehe Details unten). Vor (T0), in der Mitte (T1) und nach (T2) der Intervention werden die neuromuskulären Funktionen mit einer Reihe klinischer Standardtests bewertet (siehe Details unten). Um die Wirksamkeit des IVR-Verfahrens zu evaluieren, wird außerdem die Verkörperung zu denselben Zeitpunkten über einen Ad-hoc-Fragebogen gemessen.

Mittel:

Die folgende Reihe von Tests wird bei T0, T1 und T2 gesammelt:

1. Vor dem IVR-Training:

   • IKDC-Skala (Formblatt zur subjektiven Kniebeurteilung des Internationalen Kniedokumentationskomitees);
   • Gelenkstellungssinn gemessen mit GyKo (Trägheitsmessinstrument);
   • Bewegungsumfang der Kniestreckung gemessen mit GyKo (Inertial Measurement Tool);
   • Maximalkraft der Kniestrecker gemessen mit Handdynamometer;
   • Visuelle Analogskala (VAS) für Schmerzen nach maximaler Kontraktion.

2. Während der IVR-Schulung:

   - Embodiment-Fragebogen nach Abschluss der Übungen.

3. Nach der IVR-Schulung:

   • Subjektive Vertrautheit mit jeder im IVR-Training vorgestellten Übung;
   • Allgemeines subjektives Feedback zur IVR-Sitzung. Beachten Sie, dass die klinisch-physiologischen Messungen (Gelenkpositionsgefühl, Kniestreckung, maximale Kraft der Kniestrecker) für beide Beine registriert werden.

Ausbildung:

Alle Teilnehmergruppen absolvieren zweimal pro Woche das Standardprotokoll für körperliches Training, das Übungen zu Kraft, Gleichgewicht und Flexibilität umfasst. Darüber hinaus nehmen experimentelle und aktive Kontrollgruppen am IVR-Training teil, das an den gleichen Tagen wie das physische Training durchgeführt wird, immer davor. Das IVR-Training wird über ein Head-Mounted-Display durchgeführt, das die Präsentation immersiver 3D-Umgebungen mit einem 360°-Sichtfeld ermöglicht. Die virtuelle Szene wird ein Fitnessstudio mit einigen Standardgeräten und einen virtuellen Avatar in natürlicher Größe enthalten, der auf die Teilnehmer abgestimmt ist. Der Avatar wird entweder aus der Ich-Perspektive (d. h. als würde der Avatar den realen Körper ersetzen; Versuchsgruppe) oder aus der Dritte-Person-Perspektive (d. h. als wäre es eine andere Person, die von der Seite beobachtet wird; Aktiv Kontrollgruppe). Nach der anfänglichen Eingewöhnungs- und Immersionsphase führt der Avatar eine Reihe von Übungen durch (Kniestreckung im Sitzen, Kniebeuge, Ausfallschritt nach vorne, Auf- und Abstieg von einem Schritt, Split-Squat, vordere Reichweite des Y-Balance-Tests), 3 Zirkel mit 8 Wiederholung jeder Übung, die eine physische Rehabilitationssitzung im wirklichen Leben imitiert. Der Avatar führt die Übungen auf der Seite des verletzten Beins aus (in Fällen, in denen die Übungen einbeinig sind).

Analyse:

Die in den oben beschriebenen Tests und Fragebögen erhaltenen Daten werden zwischen den drei Gruppen (Experimentell, aktive Kontrolle und kein IVR-Training) und innerhalb der drei Zeitpunkte (T0, T1, T2) unter Verwendung einer 3x3-ANOVA mit gemischten Effekten mit Zeit verglichen als Innersubjektfaktor und Gruppe als Zwischensubjektfaktor. Die Hypothese ist, dass die experimentelle Gruppe eine größere Verbesserung der funktionellen Leistung der verletzten Extremität zeigt als die aktive Kontrollgruppe und die Gruppe ohne IVR-Training.

AUSWIRKUNGEN DES PROJEKTS Aus theoretischer Sicht wird das Projekt erstmals die grundlegende Rolle der neurokognitiven Mechanismen belegen, die der bewussten Repräsentation des eigenen Körpers bei der motorischen Rehabilitation peripherer Verletzungen zugrunde liegen. Tatsächlich deuten derzeit nur wenige Studien darauf hin, dass die bloße Vorstellung eines Körpers als der eigene (ohne dass Bewegungen ausgeführt werden müssen) das motorische System beeinflusst. Nur eine Studie untersuchte, ob dies einen positiven Einfluss auf die Motorik haben könnte; Diese Ergebnisse wurden jedoch bei Patienten mit Hirnläsionen und nicht mit peripheren Läsionen gesammelt. Aus diesen Gründen bietet das Projekt einen neuen Rehabilitationsansatz, der auf Hypothesen basiert, die durch das vorhandene theoretische Wissen gut gestützt werden, aber experimentell unerforscht bleiben. Zu zeigen, dass die Illusion, dass sich der eigene Körper bewegt, die Aktivierung von Hirnarealen fördern kann, die an der motorischen Planung und Ausführung (z. B. Planung und Ausführung von Sportrehabilitationsübungen) beteiligt sind, und somit die mangelhafte motorische Funktionalität verbessert, wäre eine neue wissenschaftliche Erkenntnis . Darüber hinaus schafft der Nachweis, dass das motorische System durch die körperbezogenen Signale über die Eigenschaften eines virtuellen Körpers auch bei peripheren Verletzungen beeinflusst werden kann, neue Möglichkeiten im allgemeineren Kontext der motorischen Rehabilitation.

In Bezug auf die Auswirkungen auf die Rehabilitationswissenschaft werden die Auswirkungen der Projektergebnisse auf mehreren Ebenen auftreten, da sie eine radikale Änderung des Ansatzes der Sportrehabilitation vorschlagen. Der Verlust der motorischen Funktion als Folge von Sportverletzungen ist ein schwächendes Ereignis mit einer Kaskade negativer Folgen. Zum Stand der Technik der Rehabilitation gehören Standardprotokolle, die auf der Ausführung von Bewegungen beruhen und in entsprechend ausgestatteten Strukturen (Fitnessstudios oder Rehabilitationszentren) durchgeführt werden müssen. Erstens erfordert das IVR-Training keine körperliche Bewegungsausführung und kann daher als wertvolle Ergänzung zu den Standard-Rehabilitationsprotokollen dienen oder sogar einige körperliche Rehabilitationssitzungen ersetzen. Zweitens kann das IVR-Training vom Patienten aus der Ferne und autonom durchgeführt werden, was insbesondere angesichts der aktuellen Situation der globalen Pandemie ein wichtiger Vorteil für jede Art von Intervention ist. Diese beiden Elemente können die kumulierte Zeit und Anstrengung, die in die Genesung von Verletzungen investiert werden, erheblich reduzieren. Drittens ist ein solcher Ansatz von Natur aus sehr flexibel und kann je nach den spezifischen Bedürfnissen durch andere Techniken und Maßnahmen des motorischen Verhaltens (z. B. Bewegungskinematik, elektrische Gehirnaktivität, Maßnahmen der Aktivität des autonomen Nervensystems usw.) ergänzt werden und Komplexitätsgrad.