HEROES: Robotische rehabilitatie van menselijke extremiteiten en resultaatverbetering bij beroerte (HEROES)

De volledige titel van het HEROES-project is <Human Extremity Robotic Rehabilitation and Outcome Enhancement for Stroke>. Het is een multidisciplinair neurofysiologisch en neuraal revalidatie-engineeringproject, ontwikkeld door het Lab of Medical Physics & Digital Innovation, School of Medicine, Faculteit der Gezondheidswetenschappen Aristoteles Universiteit van Thessaloniki en ondersteund door een neurochirurgische afdeling. De website van het project is te vinden op https://heroes.med.auth.gr.

Het HEROES-project omvat:

• Een klinische studie voor de revalidatie van patiënten met een chronische beroerte (CS), waarbij gebruik wordt gemaakt van meerdere meeslepende mens-machine-interfaces (Brain-Computer Interface (BCI) bestuurd robotarmapparaat, Wearable Robotics Jacket & Gloves, Serious Gaming Application, Augmented Reality-presentatie)
• Een secundaire offline neurofysiologische analyse van hersenactivatie, connectiviteit en plasticiteit, evenals spierelektrofysiologie bij patiënten met CS die motorische beelden (MI) en BCI-training en hulp ondergaan door middel van elektrische spierstimulatie

Mijlpalen van de studie:

• De onderzoekers willen een interventie ontwikkelen, testen en optimaliseren op basis van meerdere meeslepende mens-machine-interfaces
• De onderzoekers streven ernaar neurorevalidatieprotocollen voor patiënten met CS op eigen tempo te ontwikkelen en te valideren.
• De onderzoekers willen de neurofysiologische functionaliteit en verandering van hersenactiviteit bij chronische CS identificeren en bestuderen.

De hersenneuronnetwerken van patiënten met een chronische beroerte (CS) en gezonde individuen delen vergelijkbare connectiviteitspatronen, maar nieuwe functionele interacties zijn geïdentificeerd als uniek voor CS-patiëntennetwerken en kunnen worden toegeschreven aan zowel adaptieve als onaangepaste organisatie-effecten na de beroerte. Het belang van dergelijke verschijnselen, zowel als mogelijke prognostische factoren als als bijdragers aan de revalidatie van patiënten, blijft nog niet gespecificeerd. Het exacte onderliggende neurofysiologische proces en de mate waarin dit wordt gemoduleerd door interacties van hogere orde, wordt ook niet volledig begrepen. De onderzoekers gebruikten rijke visuele en tactiele feedback, virtual reality-omgevingen (VRE), BCI-gestuurde exoskeletten en robotactuators en documenteerden bovendien plasticiteitseffecten op de hersennetwerken.

Het hertrainen van hersencircuits en het bevorderen van plasticiteit om lichaamsfuncties te herstellen zijn door het Amerikaanse National Institute of Neurological Disorders and Stroke (US NIH/NINDS) erkend als sleutelprincipes van herstel van het ruggenmerg. Niettemin geeft de bestaande literatuur nog niet nauwkeurig het pathofysiologische proces en het effect van sCS op het centrale zenuwstelsel en de sensomotorische netwerken weer. Studies die nodig zijn om dit probleem aan te pakken (zoals onze studie) moeten worden overwogen, waarbij specifieke vragen worden geïdentificeerd die door verder onderzoek moeten worden beantwoord: a) hoe en waarom reorganisatie van CZS-netwerken tot stand komt, b) hoe deze reorganisatie in de tijd evolueert met betrekking tot de ernst en chroniciteit van de beroerte, c) wanneer kan deze worden beschouwd als een adaptieve of onaangepaste evolutie, en d) hoe kan deze respectievelijk worden bevorderd of voorkomen. Er wordt verwacht dat het verworven inzicht klinische relevantie zal hebben bij het voorkomen van onaangepaste plasticiteit na CS door middel van geïndividualiseerde neurorehabilitatie, evenals bij het ontwerp van ondersteunende technologieën voor CS-patiënten.

Deze HEROES-studie is zowel een preklinisch neurofysiologisch onderzoek bij menselijke CS-patiënten dat tot doel heeft de basiskennis over SC-gevolgen van het CZS te vergroten, als ook een translationele implementatie in de klinische (revalidatie)praktijk. Onze analyse heeft tot doel om uiteindelijk een model te helpen produceren van de functie van het centrale zenuwstelsel in verschillende stadia van een beroerte (acuut, subacuut, chronisch), tijdens verschillende activiteiten (rusttoestand, eenvoudige motorische taken, complexe sensomotorische activiteit), en idealiter in staat om negatieve gevolgen te voorspellen. resultaat versus mogelijk herstel. Het HEROES-project heeft tot doel sluimerende neuroplasticiteit na een chronische beroerte te onderzoeken en te bevorderen, een soort letsel dat hemiparese, hemiplegoa, tetraparese of tetraplegie veroorzaakt. Ons protocol zal training inzetten in hersencomputerinterfaces en robotarmen, virtuele omgevingen (hersengestuurde virtuele armen, avatars en draagbare robotica met augmented reality met sensoren en actuatoren (handschoenen en jas) en rijke audio/visuele/tactiele stimuli samen met serieuze gamingtoepassingen om de motivatie te vergroten. Visuele en kinesthetische sensorimotorische hersennetwerken zullen ook bestudeerd worden met behulp van hoge-dichtheid elektro-encefalografie om de plasticiteit van het CZS aan te tonen en te monitoren.