Cognitieve protheses om het grijpen en reiken na dwarslaesie te verbeteren

Ruggenmergletsel (SCI) op cervicaal niveau schaadt de handfunctie en brengt de uitvoering van dagelijkse activiteiten ernstig in gevaar. Het fysieke revalidatieproces vereist inzet van de deelnemer om betekenisvolle winst in functie te bereiken. Revalidatiebenaderingen die cognitief aantrekkelijk zijn, kunnen een grotere toewijding aan oefenen en verbeterd bewegingsleren vergemakkelijken.

De onderzoekers stellen voor om innovatieve platforms te ontwikkelen die gebruik maken van virtual reality (VR) en geïnstrumenteerde wearables die cognitieve factoren verbeteren tijdens het motorisch leren van handgrepen en reiken na dwarslaesie. Deze factoren omvatten een groter gevoel van keuzevrijheid, of perceptie van controle, en multi-sensorische feedback. Gevoel van keuzevrijheid is betrokken bij meer bewegingscontrole, en verschillende sensorische feedbackmodaliteiten (visueel, audio en haptisch) zijn bewezen effectief bij bewegingstraining. Deze factoren worden echter niet goed overwogen in traditionele fysiotherapeutische benaderingen.

De onderzoekers hebben twee nieuwe cognitieve platforms ontwikkeld voor het herstel van de grijp- en reikfunctie en stellen voor om elk platform te testen bij veteranen met chronische dwarslaesie op cervicaal niveau.

Doel 1 zal onderzoeken hoe de "cognitie"-handschoen de functionele greep kan verbeteren. Deze handschoen bevat kracht- en buigsensoren die input leveren aan een machine learning-algoritme dat is getraind om te voorspellen wanneer een veilige greep is bereikt. De handschoen waarschuwt de gebruiker voor een veilige greep door middel van ingebouwde sensorische modules die visuele (LED), audio (pieper) en tactiele (vibrator) feedback geven. Tijdens de training wordt feedback gegeven met geleidelijk kortere tijdsintervallen om steeds meer keuzevrijheid op te wekken op basis van het neurowetenschappelijke principe van 'opzettelijke binding'. Dit principe suggereert dat iemand met meer keuzevrijheid waarneemt dat hun actie (d.w.z. veilige greep) in de tijd meer gekoppeld is aan een zintuiglijke consequentie (d.w.z. handschoenfeedback). De handschoen is gebruiksklaar en is nu compatibel met op maat gemaakte VR-applicaties om verbeterde sensorische feedback te geven door middel van boeiende en op maat gemaakte visuele en geluidswaarschuwingen. De onderzoekers veronderstellen dat verbeterde feedback in VR nog grotere verbeteringen in de grijpprestaties zal opleveren dan alleen feedback aan boord.

Doel 2 zal onderzoeken hoe veteranen met een dwarslaesie meer armspiercontrole kunnen leren tijdens virtueel reiken terwijl ze een "sensorische" beugel gebruiken die isometrische weerstand biedt aan één arm om elektromyografie (EMG) -patronen op te wekken die een virtuele arm kunnen aandrijven. De persoon krijgt tijdens de training visuele feedback van VR en haptische feedback van de spierpees van de brace. Peesstimulatie kan bewegingssensaties opwekken die spieractiveringspatronen moduleren. De VR-feedback geeft bewuste bewegingstrainingscues, terwijl vibratiefeedback onbewust meer verschillende EMG-patronen opwekt op basis van clusteranalyse. De onderzoekers veronderstellen dat de bevordering van verschillende EMG-patronen, bereikt door het maximaliseren van afstanden tussen clusters, de prestaties van een reik-tot-aanraaktaak zal verbeteren.

Belangrijk is dat het concept van het versterken van cognitieve kracht en het leren van beweging met behulp van draagbare technologie, multi-sensorische feedback en virtual reality tijdens fysieke training van toepassing zal zijn op alle vormen van neuromusculaire stoornissen, inclusief beroerte en traumatisch hersenletsel naast dwarslaesie.