HELTER: Robotisk rehabilitering av menneskelige ekstremiteter og resultatforbedring for hjerneslag (HEROES)

HEROES-prosjektets fulle tittel er <Human Extremity Robotic Rehabilitation and Outcome Enhancement for Stroke>. Det er et tverrfaglig nevrofysiologisk og nevralt rehabiliteringsprosjekt, utviklet av Lab of Medical Physics & Digital Innovation, School of Medicine, Fakultet for helsevitenskap Aristoteles University of Thessaloniki og støttet av en nevrokirurgisk avdeling. Nettstedet for prosjektet kan nås på https://heroes.med.auth.gr .

HEROES-prosjektet involverer:

• En klinisk studie for rehabilitering av pasienter med kronisk hjerneslag (CS), 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 hjerneaktivering, tilkobling og plastisitet samt muskelelektrofysiologi hos pasienter med CS som gjennomgår motoriske bilder (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 CS.
• Etterforskerne tar sikte på å identifisere og studere den nevrofysiologiske funksjonaliteten og endringen av hjerneaktivitet ved kronisk CS.

Hjerneneuronnettverkene til pasienter med kronisk slag (CS) og friske individer deler lignende tilkoblingsmønstre, men nye funksjonelle interaksjoner har blitt identifisert som unike for CS-pasientnettverk og kan tilskrives både adaptive og maladaptive organisasjonseffekter etter hjerneslaget. 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. Etterforskerne brukte rik visuell og taktil tilbakemelding, virtual reality-miljøer (VRE), BCI-kontrollerte eksoskjelett og robotaktuatorer og dessuten dokumenterte plastisitetseffekter ved hjernenettverkene.

Omskolering av hjernekretsløp og fremme plastisitet for å gjenopprette kroppsfunksjoner har 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 sCS 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 hjerneslaget, c) når kan det betraktes som en adaptiv eller maladaptiv evolusjon, og d) hvordan kan det henholdsvis fremmes eller forebygges. Den oppnådde innsikten forventes å ha klinisk relevans for å forhindre maladaptiv plastisitet etter CS gjennom individualisert nevrorehabilitering, samt i design av hjelpeteknologier for CS-pasienter.

Denne HEROES-studien er både en preklinisk nevrofysiologisk undersøkelse på humane CS-pasienter som tar sikte på å fremme grunnleggende kunnskap om SC-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-funksjon langs forskjellige stadier av hjerneslag (akutt, subakutt, kronisk), under ulik aktivitet (hviletilstand, enkle motoriske oppgaver, kompleks sansemotorisk aktivitet), og ideelt sett i stand til å forutsi negativ utfall kontra mulig utvinning. HEROES-prosjektet har som mål å undersøke og fremme sovende nevroplastisitet etter kronisk hjerneslag, en type skade som forårsaker hemiparese, hemiplegoa, tetraparese eller 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 lyd/visuell/taktil stimuli sammen med seriøse spillapplikasjoner for å øke motivasjonen. Visuelle og kinestetiske sensorimotoriske hjernenettverk vil også bli studert ved bruk av elektroencefalografi med høy tetthet for å demonstrere og overvåke CNS-plastisitet.