Parantaa tarttumistoimintoa ihmisillä, joilla on sensorimotorisia vammoja yhdistämällä sähköinen stimulaatio robottikäsiortoosiin (SENSIBLE-EXO)

Neurologisista häiriöistä tai vammoista johtuvat käsien motoriset ja sensoriset häiriöt vaikuttavat yli 50 miljoonaan ihmiseen maailmanlaajuisesti. Olosuhteet, kuten aivohalvaus, selkäydinvamma (SCI) ja traumaattinen aivovaurio (TBI), voivat aiheuttaa pitkäaikaisia ​​käsivammoja, jotka vaikuttavat suuresti päivittäiseen toimintaan ja sosiaaliseen integraatioon. Koska perinteisellä fysioterapialla on rajallinen tehokkuus kuntoutuksessa, välttämättömäksi ratkaisuksi on noussut päivittäisiä toimintoja auttavat apuvälineet. Pehmeät eksoskeletonit tarjoavat etuja, koska ne ovat mukavampia ja mukautuvampia käyttäjälle, mutta niillä on usein vaikeuksia tuottaa riittävästi voimaa. Toisaalta sähköstimulaatiovaatteet, kuten e-hihat, ovat lupaavia stimuloimalla hermoja ja lihaksia kyynärvarressa. Tarkan ja vakaan liikkeenhallinnan saavuttaminen on kuitenkin edelleen haastavaa, koska elektrodien sijoittaminen kohdistettua stimulaatiota varten on vaikeaa. Lisäksi yksikään tällä hetkellä saatavilla olevista laitteista ei pysty keinotekoisesti palauttamaan kadonnutta tuntemusta käyttäjien käsissä, mikä rajoittaa heidän kykyään käsitellä herkkiä esineitä.

Tunnistaen nämä rajoitukset, tutkimuksemme ehdottaa ratkaisua, joka yhdistää tavallisen käden pehmeän eksoskeleton: (i) sähköstimulaation sormien koukistus- ja ojentajalihaksille luomaan keinotekoisia lihassupistuksia, jotka on synkronoitu ulkopuolisen luuston liikkeen kanssa, mikä kompensoi tarttumisvoiman puutetta, ja (ii) hermojen sähköinen stimulointi kadonneen kosketusaistin palauttamiseksi keinotekoisesti, jolloin käyttäjät voivat saada palautetta voimasta, jota he käyttävät vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa. Tutkijat kutsuvat tätä ehdotettua yhdistelmää nimellä Sensible-Exo.

Tämän tavoitteen saavuttamiseksi projektimme pyrkii arvioimaan toiminnallisia parannuksia avustavissa ja kuntouttavissa skenaarioissa käyttämällä SensoExoa verrattuna pelkän eksoskeleton käyttöön tai ilman tukea. Eksoskeletoni yhdistetään sähköstimulaatioholkkiin, joka pystyy tuottamaan ei-invasiivista sähköstimulaatiota funktionaalisen sähköstimulaation (FES) ja transkutaanisen sähköisen hermostimulaation (TENS) muodossa. Sähköstimulaation modulointiin käytetään käsinettä, jossa on upotettu voima ja taivutusanturit. Lisäksi tutkijat tutkivat toiminnallisten tehtävien tehostamisen lisäksi parannuksia kehon havainnointiin, edustamiseen ja moniaistiiseen integraatioon. Tutkijat pyrkivätkin kehittämällä ad hoc -virtuaalitodellisuusarvioinneilla tunnistamaan tapaa, jolla potilaat näkevät kehonsa. Ennen jokaista arviointia potilas suorittaa ennalta määritellyn liikkeen virtuaalitodellisuudessa perehtyäkseen siihen ja lisätäkseen suoritusmuotoa.

Tutkimuksen aikana osallistujat suorittavat erilaisia ​​tehtäviä, jotka perustuvat heidän jäännöskykyihinsä, mukaan lukien motoriset tehtävät (esim. tarttuminen ja vapauttaminen, Toronto Rehabilitation Instituten käsitoimintotesti, pitovoiman säätötesti, virtuaalinen munatesti), kognitiiviset tehtävät (kaksoistehtävät) ja arvioinnit kehon edustuksesta ja havainnosta. Jotkut näistä tehtävistä suoritetaan virtuaalitodellisuusympäristöissä sekä aktiivisella stimulaatiolla että ilman sitä.