Protesi a base cognitiva per migliorare la presa e il raggiungimento dopo la LM

La lesione del midollo spinale (SCI) a livello cervicale compromette la funzione della mano compromettendo gravemente lo svolgimento delle attività della vita quotidiana. Il processo di riabilitazione fisica richiede impegno da parte del partecipante per ottenere guadagni significativi nella funzione. Gli approcci riabilitativi che sono cognitivamente coinvolgenti possono facilitare un maggiore impegno nella pratica e un migliore apprendimento del movimento.

I ricercatori propongono di sviluppare piattaforme innovative che utilizzano la realtà virtuale (VR) e dispositivi indossabili strumentati che migliorano i fattori cognitivi durante l'apprendimento motorio della presa e della portata della mano dopo la LM. Questi fattori includono un maggiore senso di agenzia, o percezione del controllo, e feedback multisensoriale. Il senso di agenzia è implicato con un maggiore controllo del movimento e varie modalità di feedback sensoriale (visivo, audio e tattile) si sono dimostrate efficaci nell'allenamento del movimento. Tuttavia, questi fattori non sono ben considerati negli approcci tradizionali di terapia fisica.

I ricercatori hanno sviluppato due nuove piattaforme cognitive per riabilitare la funzione di presa e portata e propongono di testare ciascuna piattaforma nei veterani con LM cronica a livello cervicale.

Obiettivo 1 indagherà come il guanto "cognitivo" possa migliorare la presa funzionale. Questo guanto include sensori di forza e flessione che forniscono input a un algoritmo di apprendimento automatico addestrato a prevedere quando viene raggiunta una presa sicura. Il guanto avvisa l'utente di una presa sicura attraverso moduli sensoriali integrati che forniscono feedback visivo (LED), audio (cicalino) e tattile (vibratore). Durante la formazione, il feedback viene fornito a intervalli di tempo gradualmente più brevi per indurre progressivamente l'agire basato sul principio neuroscientifico del "legame intenzionale". Questo principio suggerisce che con una maggiore agenzia, si percepisce che la loro azione (cioè la presa sicura) è più accoppiata nel tempo a una conseguenza sensoriale (cioè il feedback del guanto). Il guanto è pronto per l'utente e ora è compatibile con applicazioni VR personalizzate per fornire un feedback sensoriale migliorato attraverso avvisi visivi e sonori coinvolgenti e personalizzati. Gli investigatori ipotizzano che il feedback migliorato nella realtà virtuale produrrà miglioramenti ancora maggiori nelle prestazioni di presa rispetto al solo feedback integrato.

L'obiettivo 2 indagherà su come i veterani con LM possono apprendere un maggiore controllo muscolare del braccio durante il raggiungimento virtuale mentre utilizzano un tutore "sensoriale" che fornisce resistenza isometrica a un braccio per suscitare schemi elettromiografici (EMG) che possono guidare un braccio virtuale. La persona riceve un feedback visivo dalla realtà virtuale e un feedback tattile del muscolo tendineo dal tutore durante l'allenamento. La stimolazione del tendine può suscitare sensazioni di movimento che modulano i modelli di attivazione muscolare. Il feedback VR fornirà segnali di allenamento del movimento consapevole mentre il feedback vibratorio susciterà inconsciamente modelli EMG più distinti basati sull'analisi dei cluster. I ricercatori ipotizzano che la promozione di modelli EMG distinti, ottenuta massimizzando le distanze tra i cluster, migliorerà le prestazioni di un'attività di contatto.

È importante sottolineare che il concetto di rafforzamento dell'agenzia cognitiva e dell'apprendimento del movimento utilizzando la tecnologia indossabile, il feedback multisensoriale e la realtà virtuale durante l'allenamento fisico sarà applicabile a tutte le forme di compromissione neuromuscolare, inclusi ictus e lesioni cerebrali traumatiche oltre alla LM.