HEROES: Robotische Rehabilitation menschlicher Extremitäten und Ergebnisverbesserung bei Schlaganfall (HEROES)

Der vollständige Titel des HEROES-Projekts lautet <Human Extremity Robotic Rehabilitation and Outcome Enhancement for Stroke>. Es handelt sich um ein multidisziplinäres Projekt zur neurophysiologischen und neuronalen Rehabilitationstechnik, 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. Die Website des Projekts kann unter https://heroes.med.auth.gr aufgerufen werden.

Das HEROES-Projekt umfasst:

• Eine klinische Studie zur Rehabilitation von Patienten mit chronischem Schlaganfall (CS) unter Verwendung mehrerer immersiver Mensch-Maschine-Schnittstellen (Brain-Computer Interface (BCI) gesteuertes Roboterarmgerät, tragbare Robotikjacke und -handschuhe, Serious Gaming-Anwendung, Augmented Reality-Präsentation)
• Eine sekundäre neurophysiologische Offline-Analyse der Gehirnaktivierung, Konnektivität und Plastizität sowie der Muskelelektrophysiologie bei Patienten mit CS, 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 CS.
• Ziel der Forscher ist es, die neurophysiologische Funktionalität und Veränderung der Gehirnaktivität bei chronischem CS zu identifizieren und zu untersuchen.

Die Gehirnneuronennetzwerke von Patienten mit chronischem Schlaganfall (CS) und gesunden Personen weisen ähnliche Verbindungsmuster auf, es wurden jedoch neue funktionelle Interaktionen identifiziert, die nur für die Netzwerke von CS-Patienten gelten und sowohl adaptiven als auch maladaptiven Organisationseffekten nach dem Schlaganfall zugeschrieben werden können. Die Bedeutung solcher Phänomene sowohl als mögliche prognostische Faktoren als auch als Beitrag zur Patientenrehabilitation bleibt bisher ungeklärt. Der genaue zugrunde liegende neurophysiologische Prozess und das Ausmaß, in dem dieser durch Interaktionen höherer Ordnung moduliert wird, sind ebenfalls nicht vollständig geklärt. Die Forscher nutzten reichhaltiges visuelles und taktiles Feedback, Virtual-Reality-Umgebungen (VRE), BCI-gesteuerte Exoskelett- und Roboteraktuatoren und dokumentierten darüber hinaus Plastizitätseffekte an den Gehirnnetzwerken.

Das US-amerikanische National Institute of Neurological Disorders and Stroke (US NIH/NINDS) zählt zu den Schlüsselprinzipien der Rückenmarksreparatur, um Gehirnschaltkreise neu zu trainieren und die Plastizität zu fördern, um Körperfunktionen wiederherzustellen. Dennoch stellt die vorhandene Literatur den pathophysiologischen Prozess und die Wirkung von sCS 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 des Schlaganfalls, c) wann kann man von einer adaptiven oder maladaptiven Entwicklung ausgehen und d) wie kann man ihn fördern bzw. verhindern. Es wird erwartet, dass die gewonnenen Erkenntnisse klinische Relevanz für die Prävention maladaptiver Plastizität nach CS durch individualisierte Neurorehabilitation sowie für die Entwicklung unterstützender Technologien für CS-Patienten haben werden.

Bei dieser HEROES-Studie handelt es sich sowohl um eine präklinische neurophysiologische Untersuchung an menschlichen CS-Patienten, die darauf abzielt, das Grundwissen über SC-Folgen des ZNS zu erweitern, als auch um eine translationale Umsetzung in der klinischen (Rehabilitations-)Praxis. Unsere Analyse zielt darauf ab, schließlich dazu beizutragen, ein Modell der ZNS-Funktion in verschiedenen Stadien des Schlaganfalls (akut, subakut, chronisch), während verschiedener Aktivitäten (Ruhezustand, einfache motorische Aufgaben, komplexe sensomotorische Aktivität) zu erstellen und im Idealfall negative Auswirkungen vorherzusagen Ergebnis versus mögliche Erholung. Das HEROES-Projekt zielt darauf ab, ruhende Neuroplastizität nach chronischem Schlaganfall zu untersuchen und zu fördern, einer Art Verletzung, die Hemiparese, Hemiplegoa, Tetraparese oder 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.