NeuroSuitUp: 상승적인 인간-기계 인터페이스를 통한 신경 재활 (NeuroSuitUp)
NeuroSuitUp: 척수 손상에서 휴면 신경가소성을 촉진하는 시너지 효과가 있는 인간-기계 인터페이스를 통한 신경 재활
NeuroSuitUp은 Thessaloniki의 Aristotle University of Thessaloniki 건강 과학 학부 의학 물리학 및 디지털 혁신 연구실에서 개발하고 신경 외과 부서에서 지원하는 종합 신경 생리학 및 신경 재활 엔지니어링 프로젝트입니다. 이 연구는 프로젝트 ""NeuroSuitUp""(MIS 5047840)의 맥락에서 운영 프로그램 "인적 자원 개발, 교육 및 평생 학습 2014-2020"을 통해 그리스와 유럽 연합(유럽 사회 기금-ESF)이 공동 자금을 지원했습니다. ). 프로젝트 웹사이트는 https://imedphys.med.auth.gr/project/neurosuitup에서 액세스할 수 있습니다.
조사의 주요 목표는 풍부한 피드백을 제공하는 다중 몰입형 인간-기계 인터페이스를 기반으로 개입의 개발, 테스트 및 최적화를 포함합니다. 여기에는 a) 무선 뇌-컴퓨터 인터페이스로 제어되는 장착형 로봇 팔과 b) 착용형 로봇 재킷과 장갑이 결합되어 있습니다. 진지한 게임 응용 프로그램 및 c) 이전 두 가지 프레젠테이션을 위한 증강 현실 모듈, 경추 척수 손상 환자를 위한 자가 진도 신경 재활 프로토콜의 개발 및 검증 및 만성 피질 활동 연구 척수 손상.
연구 개요
상세 설명
NeuroSuitUp 프로젝트의 전체 제목은 <Neurorehabilitation through synergistic man-machine intrefaces 촉진 휴면 신경가소성 in 척수 손상> 입니다. 테살로니키 아리스토텔레스 대학교 의과대학 의료물리학 및 디지털 혁신 연구소에서 개발하고 신경외과에서 지원하는 종합 신경생리학 및 신경재활 공학 프로젝트 프로젝트입니다. 이 연구는 프로젝트 ""NeuroSuitUp""(MIS 5047840)의 맥락에서 운영 프로그램 "인적 자원 개발, 교육 및 평생 학습 2014-2020"을 통해 그리스와 유럽 연합(유럽 사회 기금-ESF)이 공동 자금을 지원했습니다. ). 프로젝트 웹사이트는 https://imedphys.med.auth.gr/project/neurosuitup에서 액세스할 수 있습니다.
NeuroSuitUp 프로젝트에는 다음이 포함됩니다.
- 다중 몰입형 인간-기계 인터페이스(뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 제어 로봇 팔 장치, 웨어러블 로보틱스 재킷 및 장갑, 진지한 게임 애플리케이션, 증강 현실 프레젠테이션)를 사용하여 경추 척수 손상(CSCI) 환자의 재활을 위한 임상 연구
- 모터 이미지(MI) 및 BCI 훈련 및 전기 근육 자극을 통한 지원을 받는 CSCI 환자의 브린 피질 활성화, 연결성 및 가소성뿐만 아니라 근육 전기생리학에 대한 이차 오프라인 신경생리학적 분석
연구의 이정표:
- 조사관은 여러 몰입형 인간-기계 인터페이스를 기반으로 개입을 개발, 테스트 및 최적화하는 것을 목표로 합니다.
- 조사관은 CSCI 환자를 위한 자가 진도 신경 재활 프로토콜을 개발하고 검증하는 것을 목표로 합니다.
- 연구자들은 만성 CSCI에서 신경생리학적 기능과 피질 활동의 변화를 확인하고 연구하는 것을 목표로 합니다.
척수 손상(SCI) 환자와 건강한 개인의 감각 운동 네트워크는 유사한 연결 패턴을 공유하지만 새로운 기능적 상호 작용은 SCI 환자 네트워크에 고유한 것으로 확인되었으며 부상 후 적응 및 부적응 조직 효과 모두에 기인할 수 있습니다. 가능한 예후 인자 및 환자 재활에 대한 기여자로서 이러한 현상의 중요성은 아직까지 명시되지 않은 상태로 남아 있습니다. 정확한 근본적인 신경생리학적 과정과 이것이 고차 상호작용에 의해 조절되는 정도도 완전히 이해되지 않았습니다. 훨씬 더 중요한 것은 최근에 전통적인 의료 및 물리 치료 실습에 통합된 획기적인 신경 재활 프로토콜을 통해 부상 후 5-10년 후 완전한 SCI 환자의 부분 신경 회복을 처음으로 시연했다는 것입니다. 연구자들은 풍부한 시각 및 촉각 피드백, 가상 현실 환경(VRE), BCI 제어 외골격 및 로봇 액추에이터를 사용했으며 피질 수준에서 더 나아가 가소성 효과를 문서화했습니다.
뇌와 척수 사이의 잔여 통신은 가능한 신경 재활에서 중요한 역할을 합니다. 완전한 손상에서도 손상 수준을 가로지르는 신경 섬유의 1/4이 기능적으로 온전하기 때문입니다. 이와 같이 CNS 회로를 재훈련하고 신체 기능을 회복하기 위한 가소성을 촉진하는 것은 미국 국립 신경 장애 및 뇌졸중 연구소(US NIH/NINDS)의 척수 복구의 주요 원칙 중 하나로 인정되었습니다. 그럼에도 불구하고, 기존 문헌은 병태생리학적 과정과 CNS 및 감각운동 네트워크에 대한 SCI의 영향을 아직 정확하게 묘사하지 않습니다. 이 문제를 해결하는 데 필요한 연구(예: 본 연구)를 고려하여 추가 조사를 통해 답변할 특정 질문을 식별해야 합니다. 부상의 중증도 및 만성, c) 언제 적응 또는 부적응 진화로 간주될 수 있으며, d) 각각 어떻게 촉진 또는 예방할 수 있습니까? 얻은 통찰력은 SCI 환자를 위한 보조 기술 설계뿐만 아니라 개별화된 신경 재활을 통해 SCI 후 부적응 가소성을 예방하는 임상적 관련성을 가질 것으로 기대됩니다.
이 NeuroSuitUp 연구는 CNS에 대한 SCI 후유증에 대한 기본 지식을 발전시키고 임상(재활) 실습에서 번역 구현을 목표로 하는 인간 SCI 환자에 대한 전임상 신경생리학적 조사입니다. SCI의 여러 단계(급성, 아급성, 만성)에 따른 CNS 기능, 다양한 활동(휴식 상태, 단순 운동 작업, 복잡한 감각 운동 활동) 동안 완전 손상과 불완전 손상을 구별하고 이상적으로는 음성 결과와 가능한 회복을 예측할 수 있음 . NeuroSuitUp 프로젝트는 사지마비 및 사지마비를 유발하는 부상 유형인 경추의 만성 SCI 후 휴면 신경가소성을 조사하고 촉진하는 것을 목표로 합니다. 우리의 프로토콜은 두뇌 컴퓨터 인터페이스 및 로봇 팔, 가상 환경(두뇌 제어 가상 팔, 아바타 및 센서 및 액추에이터(장갑 및 재킷)가 있는 증강 현실 웨어러블 로봇 공학 및 풍부한 오디오/시각/촉각 자극과 함께 진지한 게임 응용 프로그램에 대한 교육을 배포합니다. 동기 부여를 강화합니다. CNS 가소성을 입증하고 모니터링하기 위해 고밀도 뇌파 검사를 사용하여 시각 및 운동감각 감각 운동 두뇌 네트워크도 연구할 것입니다.
연구 유형
등록 (추정된)
단계
- 해당 없음
연락처 및 위치
연구 연락처
- 이름: Alkinoos Athanasiou, PhD
- 전화번호: +302310999237
- 이메일: athalkinoos@auth.gr
연구 연락처 백업
- 이름: Panos Bamidis, PhD
- 이메일: bamidis@auth.gr
연구 장소
-
-
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Thessaloniki, 그리스, 54636
- Laboratory of Medical Physics and Digital Innovation, AUTH
-
연락하다:
- Panos Bamidis, PhD
- 전화번호: 00302310999237
- 이메일: bamidis@auth.gr
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수석 연구원:
- Alkinoos Athanasiou, PhD
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참여기준
자격 기준
공부할 수 있는 나이
건강한 자원 봉사자를 받아들입니다
설명
포함 기준:
- 만 14세 이상
- 척수 손상의 임상 진단(ASIA 손상 척도에 의해 평가된 SCI) 또는 건강한 참여자(SCI 환자와 일치하는 연령 및 성별)
- 환자의 경우 부상에 대한 충분한 문서화(신경학적 검사, 부상 수준의 MRI 스캔, 선택적 추가 CT 또는 X-레이).
- 서명된 동의서(환자 및 건강한 개인).
제외 기준:
- 참여자의 신경학적 상태(또는) BCI(또는) 신경생리학적 기록을 제어하는 능력에 중대한 영향을 미칠 가능성이 있는 기타 신경학적 상태:
- 외상성 뇌 손상
- 중추신경계 종양
- 다발성 경화증
- 근위축성 측삭 경화증
- 파킨슨 병
- 난치성 간질
- 지난 3개월 동안 다른 중재적 연구에 참여했으며 그 효과가 이 연구의 관찰에 영향을 미칠 수 있습니다.
- 참가자의 참여(또는) 안전에 영향을 줄 수 있는 기타 심각한 의학적 상태:
- 심장 결핍
- 폐 결핍
- 참가자의 개입 및 수행에 대한 이해에 영향을 미칠 수 있는 청각 및 시각 장애.
- 불법 약물 사용
- 만성 알코올 중독
공부 계획
연구는 어떻게 설계됩니까?
디자인 세부사항
- 주 목적: 기초 과학
- 할당: 무작위화되지 않음
- 중재 모델: 병렬 할당
- 마스킹: 없음(오픈 라벨)
무기와 개입
참가자 그룹 / 팔 |
개입 / 치료 |
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실험적: 경추의 완전 손상
그리스에서 온 환자, 14세 또는 기타, 경추 척수 수준의 만성 완전 손상(ASIA Impairment Scale A)
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참가자는 맞춤형 양손 팔 로봇(MERCURY v2.0)의 BCI 제어를 달성하기 위해 EEG 기록 하에서 자기 속도 VMI(Visual Motor Imagery) 및 KMI(Kinesthetic Motor Imagery)를 조절하도록 교육을 받습니다. KMI에서는 BCI를 제어하는 방법을 배우기 위해 뇌파를 조절하라는 요청을 받고 VMI에서는 추가로 시각적 단서(의도된 움직임의 표현)를 투사합니다. BCI는 물리적 공간과 증강 현실 환경에서 팔을 제어하는 데 사용됩니다. 각 참가자는 3개의 세션에 참여합니다. 장치: 로봇 팔 MERCURY v2.0 로봇 팔은 Medical Physics & Digital Innovation Lab의 연구팀이 구축하고 개발한 비상업용 6자유도 의인화 양수동 로봇 팔 장치입니다. 참가자들은 웨어러블 로봇을 착용하고 이를 입력으로 사용하여 참가자의 움직임을 추적하고 수행할 모터 작업을 제시하기 위한 도장 테마의 몰입형 진지한 게임을 플레이합니다. 이 게임은 증강 현실 환경뿐만 아니라 컴퓨터 화면에서도 플레이할 수 있습니다. 각 참가자는 10개의 세션에 참여합니다. 장치: 웨어러블 로보틱스 NeuroSuitUp 웨어러블 로보틱스 재킷 및 장갑은 관성 운동 장치, 근전도 및 전기 근육 자극이 장착된 비상업용 웨어러블 장치로 Medical Physics & Digital Innovation Lab에서 제작 및 개발했습니다. |
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실험적: 경추의 불완전 손상
그리스에서 온 환자, 14세 또는 기타, 경추 척수 수준의 만성 완전 손상(ASIA 손상 척도 B, C, D, E)
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참가자는 맞춤형 양손 팔 로봇(MERCURY v2.0)의 BCI 제어를 달성하기 위해 EEG 기록 하에서 자기 속도 VMI(Visual Motor Imagery) 및 KMI(Kinesthetic Motor Imagery)를 조절하도록 교육을 받습니다. KMI에서는 BCI를 제어하는 방법을 배우기 위해 뇌파를 조절하라는 요청을 받고 VMI에서는 추가로 시각적 단서(의도된 움직임의 표현)를 투사합니다. BCI는 물리적 공간과 증강 현실 환경에서 팔을 제어하는 데 사용됩니다. 각 참가자는 3개의 세션에 참여합니다. 장치: 로봇 팔 MERCURY v2.0 로봇 팔은 Medical Physics & Digital Innovation Lab의 연구팀이 구축하고 개발한 비상업용 6자유도 의인화 양수동 로봇 팔 장치입니다. 참가자들은 웨어러블 로봇을 착용하고 이를 입력으로 사용하여 참가자의 움직임을 추적하고 수행할 모터 작업을 제시하기 위한 도장 테마의 몰입형 진지한 게임을 플레이합니다. 이 게임은 증강 현실 환경뿐만 아니라 컴퓨터 화면에서도 플레이할 수 있습니다. 각 참가자는 10개의 세션에 참여합니다. 장치: 웨어러블 로보틱스 NeuroSuitUp 웨어러블 로보틱스 재킷 및 장갑은 관성 운동 장치, 근전도 및 전기 근육 자극이 장착된 비상업용 웨어러블 장치로 Medical Physics & Digital Innovation Lab에서 제작 및 개발했습니다. |
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활성 비교기: 건강한 참가자
건강한 참가자, 다른 두 팔의 참가자와 일치하는 연령 및 성별
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참가자는 맞춤형 양손 팔 로봇(MERCURY v2.0)의 BCI 제어를 달성하기 위해 EEG 기록 하에서 자기 속도 VMI(Visual Motor Imagery) 및 KMI(Kinesthetic Motor Imagery)를 조절하도록 교육을 받습니다. KMI에서는 BCI를 제어하는 방법을 배우기 위해 뇌파를 조절하라는 요청을 받고 VMI에서는 추가로 시각적 단서(의도된 움직임의 표현)를 투사합니다. BCI는 물리적 공간과 증강 현실 환경에서 팔을 제어하는 데 사용됩니다. 각 참가자는 3개의 세션에 참여합니다. 장치: 로봇 팔 MERCURY v2.0 로봇 팔은 Medical Physics & Digital Innovation Lab의 연구팀이 구축하고 개발한 비상업용 6자유도 의인화 양수동 로봇 팔 장치입니다. 참가자들은 웨어러블 로봇을 착용하고 이를 입력으로 사용하여 참가자의 움직임을 추적하고 수행할 모터 작업을 제시하기 위한 도장 테마의 몰입형 진지한 게임을 플레이합니다. 이 게임은 증강 현실 환경뿐만 아니라 컴퓨터 화면에서도 플레이할 수 있습니다. 각 참가자는 10개의 세션에 참여합니다. 장치: 웨어러블 로보틱스 NeuroSuitUp 웨어러블 로보틱스 재킷 및 장갑은 관성 운동 장치, 근전도 및 전기 근육 자극이 장착된 비상업용 웨어러블 장치로 Medical Physics & Digital Innovation Lab에서 제작 및 개발했습니다. |
연구는 무엇을 측정합니까?
주요 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
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BCI 제어(예/아니오)
기간: 개입 직후
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참가자가 BCI를 제어하기 위해 뇌파 활동을 조절하는 능력.
BCI 제어는 달성 여부로 평가됩니다(참가자가 BCI를 제어하기 위해 뇌파를 조절할 수 없는 경우 BCI 문맹의 경우가 있음).
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개입 직후
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진지한 게임 성능(게임 내 득점 시스템)
기간: 개입 직후
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게임 내 작업을 완료하고 더 많은 포인트를 수집하기 위해 참가자가 웨어러블 로봇 재킷을 제어할 수 있는 기능.
전기 근육 자극의 도움을 받으면서 게임 내 작업 지시의 속도와 위치에 맞춰 포인트가 모입니다.
게임 내 채점 시스템은 작업의 올바른 실행에 따라 누적 채점 체계를 사용합니다.
점수에는 상한선이 없으며 점수가 높을수록 작업 수행이 우수함을 의미합니다.
카운트는 0부터 시작합니다.
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개입 직후
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2차 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
|---|---|---|
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초기 기능 개선(척수 독립 측정의 그리스어 번역, 버전 III(g-SCIM-III)
기간: 첫 번째 세션의 첫 참가자로부터 3개월 후
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척수 독립 측정 버전 III(g-SCIM-III)의 그리스어 번역으로 측정한 일일 기능. 점수 범위는 0(최소, 기능적 독립 없음)에서 100(최대, 완전히 독립적)입니다. |
첫 번째 세션의 첫 참가자로부터 3개월 후
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중급 기능 개선(척수 독립 측정의 그리스어 번역, 버전 III(g-SCIM-III)
기간: 첫 번째 세션의 첫 번째 참가자로부터 6개월 후
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척수 독립 측정 버전 III(g-SCIM-III)의 그리스어 번역으로 측정한 일일 기능. 점수 범위는 0(최소, 기능적 독립 없음)에서 100(최대, 완전히 독립적)입니다. |
첫 번째 세션의 첫 번째 참가자로부터 6개월 후
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장기 기능 개선(척수 독립 측정, 버전 III(g-SCIM-III)의 그리스어 번역)
기간: 첫 번째 세션의 첫 번째 참가자로부터 1년
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척수 독립 측정 버전 III(g-SCIM-III)의 그리스어 번역으로 측정한 일일 기능. 점수 범위는 0(최소, 기능적 독립 없음)에서 100(최대, 완전히 독립적)입니다. |
첫 번째 세션의 첫 번째 참가자로부터 1년
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BCI 성능 분류 정확도
기간: 첫 세션 첫 참여 후 6개월
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각 참가자에 대해 BCI 세션이 끝날 때 BCI에서 성과를 달성했습니다.
분류 정확도로 측정(검출된 전체 명령 수에 대한 자발적 오류가 없는 명령의 백분율)
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첫 세션 첫 참여 후 6개월
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비트레이트별 BCI 성능
기간: 첫 세션 첫 참여 후 6개월
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각 참가자에 대해 BCI 세션이 끝날 때 BCI에서 성과를 달성했습니다.
비트 전송률(분당 명령 수)로 측정됩니다.
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첫 세션 첫 참여 후 6개월
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공동 작업자 및 조사자
수사관
- 수석 연구원: Panos Bamidis, PhD, Aristotle University Of Thessaloniki
간행물 및 유용한 링크
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척수 손상에 대한 임상 시험
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Rennes University Hospital완전한