NeuroSuitUp: Neurorehabilitation durch synergistische Mensch-Maschine-Schnittstellen (NeuroSuitUp)

Der vollständige Titel des NeuroSuitUp-Projekts lautet „Neurorehabilitation durch synergistische Mensch-Maschine-Schnittstellen zur Förderung ruhender Neuroplastizität bei Rückenmarksverletzungen“. Es handelt sich um ein multidisziplinäres neurophysiologisches und neuronales Rehabilitationstechnikprojekt, das vom Labor für Medizinische Physik und digitale Innovation der Medizinischen Fakultät der Fakultät für Gesundheitswissenschaften der Aristoteles-Universität Thessaloniki entwickelt und von einer Abteilung für Neurochirurgie unterstützt wird. Diese Forschung wird von Griechenland und der Europäischen Union (Europäischer Sozialfonds – ESF) durch das Operationelle Programm „Humanressourcenentwicklung, Bildung und lebenslanges Lernen 2014–2020“ im Rahmen des Projekts „NeuroSuitUp“ (MIS 5047840) kofinanziert ). Die Website für das Projekt kann unter https://imedphys.med.auth.gr/project/neurosuitup aufgerufen werden.

Das NeuroSuitUp-Projekt umfasst:

• Eine klinische Studie zur Rehabilitation von Patienten mit zervikaler Rückenmarksverletzung (CSCI) unter Verwendung mehrerer immersiver Mensch-Maschine-Schnittstellen (Brain-Computer Interface (BCI) gesteuertes Roboterarmgerät, tragbare Roboterjacke und -handschuhe, Serious Gaming-Anwendung, Augmented Reality-Präsentation)
• Eine sekundäre offline-neurophysiologische Analyse der Aktivierung, Konnektivität und Plastizität der Brin-Kortikalis sowie der Muskelelektrophysiologie bei Patienten mit CSCI, die sich einem motorischen Bildgebungs- (MI) und BCI-Training und Unterstützung durch elektrische Muskelstimulation unterziehen

Meilensteine ​​der Studie:

• Ziel der Forscher ist es, eine Intervention zu entwickeln, zu testen und zu optimieren, die auf mehreren immersiven Mensch-Maschine-Schnittstellen basiert
• Ziel der Forscher ist die Entwicklung und Validierung selbstgesteuerter Neurorehabilitationsprotokolle für Patienten mit CSCI.
• Ziel der Forscher ist es, die neurophysiologische Funktionalität und Veränderung der kortikalen Aktivität bei chronischem CSCI zu identifizieren und zu untersuchen.

Die sensomotorischen Netzwerke von Patienten mit Rückenmarksverletzungen (SCI) und gesunden Personen weisen ähnliche Konnektivitätsmuster auf, es wurden jedoch neue funktionelle Interaktionen identifiziert, die nur für Netzwerke von SCI-Patienten gelten und sowohl adaptiven als auch maladaptiven Organisationseffekten nach der Verletzung zugeschrieben werden können. Die Bedeutung solcher Phänomene sowohl als mögliche prognostische Faktoren als auch als Beitrag zur Patientenrehabilitation ist bislang ungeklärt. Der genaue zugrunde liegende neurophysiologische Prozess und das Ausmaß, in dem dieser durch Interaktionen höherer Ordnung moduliert wird, sind ebenfalls nicht vollständig geklärt. Noch wichtiger ist, dass kürzlich erstmals eine teilweise neurologische Genesung bei Patienten mit vollständiger Querschnittlähmung fünf bis zehn Jahre nach der Verletzung durch bahnbrechende Neurorehabilitationsprotokolle nachgewiesen wurde, die in die traditionelle medizinische und physiotherapeutische Praxis integriert sind. Die Forscher nutzten reichhaltiges visuelles und taktiles Feedback, Virtual-Reality-Umgebungen (VRE), BCI-gesteuerte Exoskelett- und Roboteraktuatoren und dokumentierten darüber hinaus Plastizitätseffekte auf kortikaler Ebene.

Die verbleibende Kommunikation zwischen Gehirn und Rückenmark spielt eine wichtige Rolle bei einer möglichen Neurorehabilitation, da selbst bei vollständigen Verletzungen ein Viertel der Nervenfasern, die die Verletzungsebene überqueren, funktionell intakt sind. Daher wurden die Neuschulung der ZNS-Schaltkreise und die Förderung der Plastizität zur Wiederherstellung der Körperfunktionen vom US-amerikanischen National Institute of Neurological Disorders and Stroke (US NIH/NINDS) als Schlüsselprinzipien der Rückenmarksreparatur anerkannt. Dennoch stellt die vorhandene Literatur den pathophysiologischen Prozess und die Wirkung von SCI auf das ZNS und die sensomotorischen Netzwerke noch nicht genau dar. Studien, die zur Lösung dieses Problems erforderlich sind (wie unsere Studie), sollten in Betracht gezogen werden, um spezifische Fragen zu identifizieren, die durch weitere Untersuchungen beantwortet werden müssen: a) wie und warum die Reorganisation von ZNS-Netzwerken etabliert wird, b) wie sich diese Reorganisation im Laufe der Zeit in Bezug auf das entwickelt Schwere und Chronizität der Verletzung, c) wann kann von einer adaptiven oder maladaptiven Entwicklung ausgegangen werden und d) wie kann sie gefördert bzw. verhindert werden. Es wird erwartet, dass die gewonnenen Erkenntnisse klinische Relevanz für die Prävention maladaptiver Plastizität nach SCI durch individualisierte Neurorehabilitation sowie für die Entwicklung unterstützender Technologien für SCI-Patienten haben werden.

Bei dieser NeuroSuitUp-Studie handelt es sich sowohl um eine präklinische neurophysiologische Untersuchung an menschlichen SCI-Patienten, die darauf abzielt, das Grundwissen über SCI-Folgen des ZNS zu erweitern, als auch um eine translationale Umsetzung in der klinischen (Rehabilitations-)Praxis. Unsere Analyse soll schließlich dazu beitragen, ein Modell davon zu erstellen ZNS-Funktionen in verschiedenen Stadien der Querschnittlähmung (akut, subakut, chronisch), während verschiedener Aktivitäten (Ruhezustand, einfache motorische Aufgaben, komplexe sensomotorische Aktivität), Unterscheidung zwischen vollständiger und unvollständiger Verletzung und idealerweise die Fähigkeit, ein negatives Ergebnis gegenüber einer möglichen Genesung vorherzusagen . Ziel des NeuroSuitUp-Projekts ist die Untersuchung und Förderung der ruhenden Neuroplastizität nach chronischer Rückenmarksverletzung an der Halswirbelsäule, einer Verletzungsart, die Tetraparese und Tetraplegie verursacht. Unser Protokoll wird Schulungen zu Gehirn-Computer-Schnittstellen und Roboterarmen, virtuellen Umgebungen (gehirngesteuerte virtuelle Arme, Avatare und tragbare Augmented-Reality-Robotik mit Sensoren und Aktoren (Handschuhe und Jacke) und reichhaltigen audio-visuellen/taktilen Reizen sowie ernsthaften Gaming-Anwendungen umfassen um die Motivation zu steigern. Visuelle und kinästhetische sensomotorische Gehirnnetzwerke werden auch mithilfe der Elektroenzephalographie mit hoher Dichte untersucht, um die Plastizität des ZNS zu demonstrieren und zu überwachen.