Brain Computer Interface (BCI) basert robotisk rehabilitering for hjerneslag

Det foreslåtte rehabiliteringsapparatet er det første nevro-rehabiliteringssystemet som kombinerer ikke-invasiv BCI og robotrehabilitering for lammet slag i øvre ekstremitet innen 6 måneder etter hjerneslag. Spontan restitusjon etter hjerneslag finner sted i løpet av de første 6-12 månedene etter hjerneslag. De første 3-6 månedene er de mest avgjørende periodene, da dette er perioden med maksimal nevrologisk restitusjon og nevroplastisitet. Differensielle utvinningsgrader oppstår for ulike typer svekkelser etter hjerneslag. Generelt gjenopprettes motoriske funksjoner (mobilitet, gange, funksjon av øvre lemmer, daglige aktiviteter (ADL)) raskere enn kognitive eller språklige svekkelser som kan komme seg over 12 måneder. En rekke tilnærminger til rehabilitering av hjerneslagskader har blitt introdusert for å lette iboende restitusjon eller hjelpe adaptiv kompensasjon for slagrelaterte svekkelser. Generelt for at rehabiliterende trening skal være effektiv, må den startes så tidlig som mulig etter hjerneslag. Nåværende forskning viser at rehabilitering ved bruk av tradisjonelle nevro-tilretteleggingsmetoder er effektiv for å forbedre nevrologisk og funksjonell restitusjon og er overlegen ingen behandling eller sykepleie alene. Rehabiliterte pasienter har kortere totalopphold, lavere komplikasjonsrater, tidligere og høyere utskrivningsrater hjem enn pasienter som ikke får rehabilitering. I tillegg resulterer rehabilitering som involverer en tverrfaglig teamtilnærming ledet av rehabiliteringslege eller spesialist i bedre funksjonsresultater sammenlignet med akutte generelle avdelingsbaserte terapier. For at rehabilitering skal være effektiv i å modifisere kortikal nevroplastisitet, må den være målrettet mot den spesifikke hjerneslagsvikt, oppgavespesifikk, trening må være repeterende og intensiv, målrettet og overvåke oppmerksomheten til slagpasienten. Noen av komponentene i rehabilitering inkluderer fysioterapi, gang- og balansetrening, aerob kondisjonering, funksjonelle aktiviteter i dagliglivet (ADL), fysiske modaliteter for å behandle smerte, funksjonell elektrisk stimulering (FES) eller nevro-muskulær elektrisk stimulering (NMES). Andre metoder inkluderer spesifikke behandlinger for å adressere komplikasjoner ved rehabilitering som spastisitet, ataksi, kontrakturer og blære- eller tarminkontinens. Ofte kreves en-til-en og svært arbeidskrevende og kostbare behandlinger med tett hånd-over-hånd-behandling. Begrensninger ved nåværende fysioterapi- og ergoterapiteknikker inkluderer følgende:(1) Vanskeligheter med rehabilitering for alvorlig lammede arm og hånd som ofte behandles med passive modaliteter som NMES, passive ROM og andre modaliteter. (2) Vansker med å oppnå intensiv rehabilitering og høye repetisjoner hos de med moderat til alvorlig overekstremitetslammelse enten på grunn av manglende deltakelse eller smerte som er vanligere hos de med alvorlig lammelse. (3) Problemer med å motivere og opprettholde pasientens interesse for repeterende øvelser.(4) Terapi oppfattes ofte som kjedelig og skyldes mangel på umiddelbar biofeedback. (I) Robotstøttet rehabilitering: MIT (USA) har utviklet en robot, kalt MIT-MANUS, for å hjelpe terapi av slagrammede. Små kliniske studier har rapportert at roboten betydelig forbedret pasientenes utvinning av armmotoriske bevegelser og funksjon med vedvarende gevinster flere måneder etter avsluttet behandling. Dette systemet blir klinisk brukt som et treningsverktøy for rehabilitering i over 20 sentre over hele verden. Fordeler med robotstøttet rehabilitering inkluderer evnen til å dokumentere og lagre bevegelses- og kraftparametere, muligheten til å oppnå tusenvis av repetisjoner per behandlingsøkt (100 ganger mer enn konvensjonell behandling eller FES) uten å forårsake vevsskade eller smerte, høy intensitet med lav friksjon, oppmerksomhetstrening og økt biofeedback gjennom inkorporering av interaktive videospill, som kan simulere baner, labyrinter, ADL-oppgaver som å tilberede et måltid og simulering av romlig oppgave som å gå på shopping. I tillegg, etter den innledende treningsperioden, kan tilsyn av pasienten av terapeuten reduseres på grunn av bærekraftig deltakelse av pasienten fra roboten eller BCI-basert Robotic Rehabilitation. Derfor økes produktiviteten til den menneskelige terapeuten av roboten. Roboten fungerer dermed som et høyteknologisk hjelpemiddel for klinikeren og terapeuten. Systemet er også bærbart, noe som gir mulighet for telerehabiliteringsalternativer med ytelse og fremgang til pasienten som overvåkes av institusjonen eksternt. (II)BCI-basert BCI-basert robotrehabilitering: Denne ikke-invasive enheten tar sikte på å bruke en ny tilnærming innen robottrening, som ikke har vært brukt i det terapeutiske området før. I MIT-MANUS og relaterte kommersielt tilgjengelige systemer er det ingen direkte kommunikasjon mellom pasientens sinn eller tankeprosesser eller motorisk viljetenkning og robotsystemet. Selv om noen sensorer brukes til å oppdage pasientens svake bevegelse, vet den aldri når og hvordan pasienten ønsker å bevege seg. Robotarmen som pasienten er bundet til eller begrenset til, planlegger bevegelsesbanen for pasienten og reduserer dens aktive rolle når pasienten gjenoppretter frivillig bevegelse. I de fleste tilfeller kan pasienten bare passivt følge det forhåndsdefinerte programmet, som kanskje ikke fullt ut utforsker pasientens motoriske initiativer og potensielle eller oppmerksomhetsprosesser.