NeuroSuitUp: Nevrorehabilitering gjennom synergistiske menneske-maskin-grensesnitt (NeuroSuitUp)

NeuroSuitUp-prosjektets fulle tittel er <Neurorehabilitering gjennom synergistiske menneske-maskin-grensesnitt som fremmer sovende nevroplastisitet ved ryggmargsskade>. Det er et tverrfaglig prosjektprosjekt for nevrofysiologisk og nevral rehabilitering, utviklet av Lab of Medical Physics & Digital Innovation, School of Medicine, Fakultet for helsevitenskap Aristoteles University of Thessaloniki og støttet av en nevrokirurgisk avdeling. Denne forskningen er medfinansiert av Hellas og Den europeiske union (European Social Fund-ESF) gjennom det operative programmet "Human Resources Development, Education and Lifelong Learning 2014-2020" i sammenheng med prosjektet ""NeuroSuitUp"" (MIS 5047840) ). Nettstedet for prosjektet kan nås på https://imedphys.med.auth.gr/project/neurosuitup .

NeuroSuitUp-prosjektet involverer:

• En klinisk studie for rehabilitering av pasienter med Cervical Spinal Cord Injury (CSCI), ved bruk av flere oppslukende menneske-maskin-grensesnitt (Brain-Computer Interface (BCI) kontrollert robotarmenhet, Wearable Robotics Jacket & Gloves, Serious Gaming Application, Augmented Reality-presentasjon)
• En sekundær off-line nevrofysiologisk analyse av brin cortical aktivering, tilkobling og plastisitet samt muskelelektrofysiologi hos pasienter med CSCI som gjennomgår motorisk bildebehandling (MI) og BCI trening og assistanse gjennom elektrisk muskelstimulering

Milepæler i studien:

• Etterforskerne tar sikte på å utvikle, teste og optimalisere en intervensjon basert på flere oppslukende menneske-maskin-grensesnitt
• Etterforskerne tar sikte på å utvikle og validere nevro-rehabiliteringsprotokoller i eget tempo for pasienter med CSCI.
• Etterforskerne tar sikte på å identifisere og studere den nevrofysiologiske funksjonaliteten og endringen av kortikal aktivitet ved kronisk CSCI.

De sensorimotoriske nettverkene til pasienter med ryggmargsskade (SCI) og friske individer deler lignende tilkoblingsmønstre, men nye funksjonelle interaksjoner har blitt identifisert som unike for SCI-pasientnettverk og kan tilskrives både adaptive og maladaptive organisasjonseffekter etter skaden. Betydningen av slike fenomener både som mulige prognostiske faktorer og som bidragsytere til pasientrehabilitering er ennå ikke spesifisert. Den nøyaktige underliggende nevrofysiologiske prosessen og graden av at denne moduleres av interaksjoner av høyere orden er heller ikke fullt ut forstått. Langt viktigere, det har nylig demonstrert for første gang delvis nevrologisk bedring hos komplette SCI-pasienter etter 5-10 år fra skaden gjennom banebrytende nevro-rehabiliteringsprotokoller, integrert i tradisjonell medisinsk og fysioterapipraksis. Etterforskerne brukte rik visuell og taktil tilbakemelding, virtual reality-miljøer (VRE), BCI-kontrollerte eksoskjelett og robotaktuatorer og dessuten dokumenterte plastisitetseffekter på kortikalt nivå.

Resterende kommunikasjon mellom hjerne og ryggmarg spiller en viktig rolle i mulig nevrorehabilitering, da selv ved fullstendige skader er en fjerdedel av nervefibrene som krysser skadenivået funksjonelt intakte. Som sådan har omskolering av CNS-kretsløp og fremme plastisitet for å gjenopprette kroppsfunksjoner blitt anerkjent blant nøkkelprinsippene for ryggmargsreparasjon av US National Institute of Neurological Disorders and Stroke (US NIH/NINDS). Ikke desto mindre skildrer eksisterende litteratur ennå ikke med presisjon den patofysiologiske prosessen og effekten av SCI på CNS og de sensorimotoriske nettverkene. Studier som er nødvendige for å løse dette problemet (som vår studie) bør vurderes, og identifisere spesifikke spørsmål som skal besvares gjennom videre undersøkelser: a) hvordan og hvorfor omorganisering av CNS-nettverk etableres, b) hvordan denne omorganiseringen utvikler seg over tid i forhold til alvorlighetsgrad og kronisitet av skaden, c) når kan den betraktes som en adaptiv eller maladaptiv utvikling, og d) hvordan kan den henholdsvis fremmes eller forebygges. Den oppnådde innsikten forventes å ha klinisk relevans for å forhindre maladaptiv plastisitet etter SCI gjennom individualisert nevrorehabilitering, samt i utformingen av hjelpeteknologier for SCI-pasienter.

Denne NeuroSuitUp-studien er både en pre-klinisk nevrofysiologisk undersøkelse på humane SCI-pasienter som tar sikte på å fremme grunnleggende kunnskap om SCI-følger til CNS og også en translasjonsimplementering i klinisk (rehabilitering) praksis.. Vår analyse tar sikte på å til slutt bidra til å produsere en modell av CNS fungerer langs ulike stadier av SCI (akutt, subakutt, kronisk), under forskjellig aktivitet (hviletilstand, enkle motoriske oppgaver, kompleks sensorimotorisk aktivitet), skiller mellom komplett og ufullstendig skade og ideelt sett i stand til å forutsi negativt utfall versus mulig restitusjon . NeuroSuitUp-prosjektet har som mål å undersøke og fremme sovende nevroplastisitet etter kronisk SCI ved cervikal ryggraden, en type skade som forårsaker tetraparese og tetraplegi. Protokollen vår vil distribuere trening i hjernedatamaskingrensesnitt og robotarmer, virtuelle miljøer (hjernekontrollerte virtuelle armer, avatarer og augmented reality bærbar robotikk med sensorer og aktuatorer (hansker og jakke) og rike audio/visuelle/taktile stimuli sammen med seriøse spillapplikasjoner for å øke motivasjonen. Visuelle og kinestetiske sensorimotoriske hjernenettverk vil også bli studert ved hjelp av elektroencefalografi med høy tetthet for å demonstrere og overvåke CNS-plastisitet.