IVR i motorisk rehabilitering (IVR_MOT)

BAKGRUNN Idrettsskader er en viktig hindring både for idrettsprestasjoner og for å opprettholde en sunn livsstil som innebærer kontinuerlig og regelmessig fysisk aktivitet. I Italia er det hvert år omtrent 300 000 innleggelser på akuttmottaket blant 20 millioner mennesker som driver med idrett.

Når det gjelder konkurranseidrett, bestemmer tette konkurranseplaner, raske rytmer og økende press som idrettsutøvere opplever den økende skadefrekvensen. Skader resulterer i perioder med avståelse fra konkurranser og påvirker idrettsutøvernes psyko-fysiske balanse. Av disse grunner har idrettsskader betydelige direkte og indirekte kostnader, og fysioterapi tar sikte på å gjenopprette motorisk funksjon for å garantere raskest og tryggest retur til idretten.

Enhver form for motorisk rehabilitering, både ved skader på sentralnervesystemet og de som er relatert til perifere problemer (som i de fleste idrettsskader), er basert på begrepene plastisitet og kompensasjon. Muligheten for gjenoppretting innebærer med andre ord at systemet kan omorganisere seg selv. Rent praktisk forsøker rehabiliteringsvitenskap i sin nåværende form å direkte fremme aktiv og repeterende trening av det skadede (motoriske) systemet. Denne logikken, dvs. prosessen som primært er basert på handlingsutførelse, har en stor iboende grense som utgjør en hindring for behandlingen: den virker direkte med den motoriske funksjonen som imidlertid er kompromittert, selv i alvorlig grad. Imidlertid har det nylig blitt foreslått at det motoriske systemet kan aktiveres ved ganske enkelt å observere ens egen kropp utføre bevegelsene, uten noen egentlig bevegelsesutførelse. I tråd med det, og ved å dra nytte av den multisensoriske naturen og følelsen av tilstedeværelse og legemliggjøring som Immersive virtual reality (IVR) gir, har det vist seg at det er mulig å skape en illusorisk opplevelse som en bevegelig virtuell kropp (avatar) midlertidig ble ens egen bevegelige kropp (såkalt legemliggjøring. Dessuten aktiverer denne opplevelsen det motoriske systemet på en måte som ligner aktiveringen fra ens egne faktiske bevegelser. Derfor, under slike forhold, er de (illusoriske) bevegelsene til den legemliggjorte virtuelle kroppen integrert i deltakerens motoriske system.

Basert på disse teoretiske betraktningene, foreslår dette prosjektet å bruke IVR for å teste en mulig drastisk endring av rehabiliteringstilnærmingen som vil omgå/begrense problemet med (mangelfull) motorisk utførelse. Hovedhypotesen er at enkel observasjon av en bevegelig virtuell kropp, som oppfattes som ens egen, vil tillate tilgang til motorsystemet i den grad det fremmer funksjonell utvinning. Målet er med andre ord å få tilgang til den motoriske funksjonen gjennom det (intakte) somatosensoriske systemet, snarere enn gjennom det (skadede) motoriske. I tillegg gir en slik prosedyre muligheten til å utføre i det minste en del av behandlingen eksternt.

MÅL

Det nåværende forskningsprosjektet om idrettsrehabilitering har følgende mål:

1. For å validere en rehabiliteringsprotokoll i Immersive virtual reality (IVR) for å gjenopprette motoriske funksjoner etter perifere skader i underekstremitetene. Protokollen vil være basert på observasjon av handlinger i stedet for utførelse av dem. Begrunnelsen bak denne ideen er at indirekte aktivering av det motoriske systemet gjennom observasjon av ens "egen" virtuelle kropp som utfører fysiske øvelser ville rekruttere de samme nevrokognitive mekanismene som de som er involvert i den virkelige motoriske kontrollen og handlingsutførelsen. Dette vil forbedre den motoriske restitusjonen ved å forbedre den fysiske rehabiliteringen betydelig.
2. Å utvikle en standardprotokoll som vil kombinere den nevrovitenskapelige tilnærmingen basert på IVR og standardene for sportsrehabilitering og som vil skape en ny tilnærming som vil utfylle den klassiske rehabiliteringen og som kan utføres eksternt hjemme.

EKSEMPEL Deltakere vil bli rekruttert ved HastaFisio og Centro di Medicina Preventiva e dello Sport dell'Università degli Studi di Torino fysioterapisenter; prøven vil bestå av voksne personer (aldersgruppe 18-65 år) som har gjennomgått kneforstuing og/eller operasjon av leddbånd og/eller menisk etter muskel- og skjelettskader i kneet. Prøvestørrelsen ble estimert basert på a priori effektanalyse for blandede effekter 3x3 ANOVA med Tid (Pre, Mid og Post) som innen-subjekt-faktor og Group (Eksperimentell, Aktiv kontroll, Ingen VR) som mellom-subjekt-faktor. For å nå en potens på 0,80 med middels effektstørrelse (f = 0,25) og alfanivå satt til 0,05, er den nødvendige prøvestørrelsen 36 (12 deltakere per gruppe). Studien skal rekruttere 45 deltakere (15 per gruppe) for å redegjøre for mulig frafall.

METODER Den første eksperimentelle økten vil finne sted innen to uker fra kneoperasjonen og IVR-treningsintervensjonen vil vare i seks uker, parallelt med første fase av standard fysisk rehabilitering. IVR-treningsprotokollen innebærer å observere en virtuell avatar i førstepersonsperspektivet (eksperimentell gruppe), eller i tredjepersonsperspektivet (aktiv kontrollgruppe); en annen kontrollgruppe (Ingen IVR-trening) vil kun gjennomgå standard fysisk trening. I det virtuelle scenariet vil avataren utføre en rekke rehabiliteringsøvelser (se detaljer nedenfor). Før (T0), i midten (T1) og etter (T2) intervensjonen vil de nevromuskulære funksjonene bli vurdert med et batteri av standard kliniske tester (se detaljer nedenfor). Dessuten, for å evaluere effektiviteten av IVR-prosedyren, vil utførelsen bli målt via et ad hoc-spørreskjema på samme tidspunkt.

Målinger:

Følgende batteri av tester vil bli samlet inn ved T0, T1 og T2:

1. Før IVR treningsøkt:

   • IKDC-skala (International kne documentation Committee subjektiv kneevaluation form);
   • Leddposisjonsfølelse målt med GyKo (treghetsmåleverktøy);
   • Bevegelsesområde for kneforlengelse målt med GyKo (treghetsmålingsverktøy);
   • Maksimal kraft til kneekstensorene målt via håndholdt dynamometer;
   • Visuell analog skala (VAS) for smerte etter maksimal sammentrekning.

2. Under IVR-treningsøkten:

   - Utførelsesspørreskjema etter at øvelsene er fullført.

3. Etter IVR-treningsøkten:

   • Subjektiv fortrolighet med hver øvelse presentert i IVR-treningen;
   • Generell subjektiv tilbakemelding angående IVR-sesjonen. Merk at de kliniske fysiologiske målene (leddstillingsfølelse, kneekstensjon, maksimal kraft av kneekstensorer) vil bli registrert for begge ben.

Opplæring:

Alle grupper av deltakere vil følge standard fysisk treningsprotokoll to ganger i uken som vil inkludere øvelser på styrke, balanse og fleksibilitet. I tillegg vil eksperimentelle og aktive kontrollgrupper delta i IVR-treningen som administreres på samme dager som den fysiske treningen, alltid før den. IVR-treningen vil bli administrert gjennom en hodemontert skjerm som gjør det mulig å presentere oppslukende 3D-miljøer med et 360° synsfelt. Den virtuelle scenen vil inneholde et treningsstudio med noe standardutstyr og en virtuell avatar i naturlig størrelse, kjønnsmatchet med deltakerne. Avataren vil bli sett enten fra førstepersonsperspektivet (dvs. som om avataren erstattet den virkelige kroppen; Eksperimentell gruppe), eller fra tredjepersonsperspektivet (dvs. som om det var en annen person observert fra siden; Aktiv kontrollgruppe). Etter den innledende familiariserings- og fordypningsfasen vil avataren utføre en rekke øvelser (sittende kneforlengelse, knebøy, utfall fremover, trinn opp og ned fra et trinn, delt knebøy, anterior rekkevidde av Y-balansetest), 3 kretser med 8 repetisjon av hver øvelse, som imiterer en fysisk rehabiliteringsøkt i det virkelige liv. Avataren vil utføre øvelsene på den skadede bensiden (i tilfeller når øvelsene er ettbens).

Analyse:

Dataene innhentet i testene og spørreskjemaene beskrevet ovenfor vil bli sammenlignet mellom de tre gruppene (eksperimentell, aktiv kontroll og ingen IVR-trening) og innenfor de tre tidspunktene (T0, T1, T2) ved å bruke en 3x3 ANOVA med blandede effekter med Time som en innenfor-subjekt-faktor og gruppe som en mellom-subjekt-faktor. Hypotesen er at den eksperimentelle gruppen vil vise større forbedring i det skadde lemmets funksjonelle ytelse enn Aktiv kontrollgruppen og treningsgruppen Ingen IVR.

IMPLIKASJONER AV PROSJEKTET Fra et teoretisk perspektiv vil prosjektet være det første som gir bevis på den grunnleggende rollen til de nevrokognitive mekanismene som ligger til grunn for bevisst representasjon av egen kropp i motorisk rehabilitering av perifere skader. Faktisk, for øyeblikket, tyder bare noen få studier på at det å bare representere en kropp som sin egen (uten behov for å utføre bevegelser) påvirker det motoriske systemet. Kun én studie undersøkte om dette kunne ha en positiv innvirkning på den motoriske funksjonen; disse resultatene ble imidlertid samlet inn hos pasienter med hjernelesjoner, snarere enn perifere. Av disse grunner tilbyr prosjektet en ny tilnærming til rehabilitering som er basert på hypoteser godt støttet av eksisterende teoretisk kunnskap, men som forblir uutforsket eksperimentelt. Å demonstrere at illusjonen om at ens egen kropp beveget seg kan fremme aktivering av hjerneområder involvert i motorisk planlegging og utførelse (f.eks. planlegging og utførelse av sportsrehabiliteringsøvelser), og derfor forbedre den mangelfulle motoriske funksjonaliteten, ville være et nytt vitenskapelig funn . Å demonstrere at det motoriske systemet kan påvirkes gjennom signalene knyttet til kroppen via egenskapene til en virtuell kropp, selv ved perifere skader, skaper dessuten nye muligheter i den mer generelle sammenhengen med motorisk rehabilitering.

Når det gjelder innvirkning på rehabiliteringsvitenskapen, vil effektene av prosjektresultatene vises på flere nivåer, siden det foreslår en radikal endring av idrettsrehabiliteringstilnærmingen. Tap av motorisk funksjon som følge av idrettsskader er en ødeleggende hendelse med en kaskade av negative konsekvenser. Det nyeste innen rehabilitering inkluderer standardprotokoller som er basert på utførelse av bevegelser og som må utføres i passende utstyrte strukturer (treningssentre til rehabiliteringssentre). For det første krever IVR-treningen ingen fysisk bevegelsesutførelse, og kan derfor tjene som et verdifullt tillegg til standard rehabiliteringsprotokoller, eller til og med erstatte noen fysiske rehabiliteringsøkter. For det andre kan IVR-trening utføres eksternt og autonomt av pasienten, noe som er en viktig fordel for enhver type intervensjon, spesielt i lys av den nåværende situasjonen med den globale pandemien. Disse to elementene kan i stor grad redusere den kumulative tiden og innsatsen som er investert i restitusjon fra skader. For det tredje er en slik tilnærming svært fleksibel av natur og kan kompletteres med andre teknikker og mål for motorisk atferd (f.eks. bevegelseskinematikk, elektrisk hjerneaktivitet, mål på aktiviteten til det autonome nervesystemet, etc.), avhengig av de spesifikke behovene og kompleksitetsnivå.