Protetyka poznawcza w celu poprawy chwytania i sięgania po urazie rdzenia kręgowego

Uraz rdzenia kręgowego (SCI) na poziomie szyjki macicy upośledza funkcję ręki, poważnie upośledza wykonywanie codziennych czynności. Proces rehabilitacji fizycznej wymaga zaangażowania ze strony uczestnika, aby osiągnąć znaczące korzyści w funkcjonowaniu. Podejścia rehabilitacyjne, które angażują poznawczo, mogą ułatwić większe zaangażowanie w praktykę i lepszą naukę ruchu.

Badacze proponują opracowanie innowacyjnych platform wykorzystujących rzeczywistość wirtualną (VR) i oprzyrządowanych urządzeń do noszenia, które poprawiają czynniki poznawcze podczas motorycznego uczenia się chwytania i sięgania po SCI. Czynniki te obejmują większe poczucie sprawczości lub postrzeganie kontroli oraz wielozmysłową informację zwrotną. Poczucie sprawczości wiąże się z większą kontrolą ruchu, a różne metody sprzężenia zwrotnego sensorycznego (wizualne, dźwiękowe i dotykowe) okazały się skuteczne w treningu ruchowym. Jednak czynniki te nie są dobrze brane pod uwagę w tradycyjnych podejściach do fizjoterapii.

Badacze opracowali dwie nowatorskie platformy poznawcze do rehabilitacji funkcji chwytania i sięgania i proponują przetestowanie każdej platformy u weteranów z przewlekłym SCI na poziomie szyjki macicy.

Celem 1 będzie zbadanie, w jaki sposób rękawica „poznawcza” może poprawić chwyt funkcjonalny. Ta rękawica zawiera czujniki siły i zginania, które dostarczają danych wejściowych do algorytmu uczenia maszynowego przeszkolonego w przewidywaniu, kiedy zostanie osiągnięty bezpieczny chwyt. Rękawica ostrzega użytkownika o bezpiecznym uchwyceniu za pomocą wbudowanych modułów sensorycznych, dostarczając informacje wizualne (LED), dźwiękowe (sygnał dźwiękowy) i dotykowe (wibrator). Podczas treningu informacja zwrotna jest dostarczana w coraz krótszych odstępach czasu, aby stopniowo wywoływać sprawczość w oparciu o neurobiologiczną zasadę „zamierzonego wiązania”. Zasada ta sugeruje, że przy większej sprawczości postrzega się ich działanie (tj. Pewny chwyt) jest bardziej sprzężone w czasie z konsekwencją sensoryczną (tj. Informacja zwrotna w rękawiczce). Rękawica jest gotowa do użytku przez użytkownika, a teraz jest kompatybilna z dostosowanymi aplikacjami VR, aby zapewnić lepszą reakcję sensoryczną dzięki angażującym i dostosowanym do indywidualnych potrzeb alertom wizualnym i dźwiękowym. Badacze wysuwają hipotezę, że ulepszone sprzężenie zwrotne w VR przyniesie jeszcze większą poprawę wydajności chwytu niż sama informacja zwrotna na pokładzie.

Celem 2 będzie zbadanie, w jaki sposób weterani z SCI mogą nauczyć się większej kontroli mięśni ramion podczas wirtualnego sięgania przy użyciu „zmysłowej” klamry, która zapewnia izometryczny opór jednej ręce, aby wywołać wzorce elektromiografii (EMG), które mogą napędzać wirtualną rękę. Podczas treningu osoba otrzymuje wizualną informację zwrotną z VR i dotykową informację zwrotną ścięgna mięśnia z ortezy. Stymulacja ścięgien może wywoływać odczucia ruchu, które modulują wzorce aktywacji mięśni. Informacje zwrotne VR zapewnią świadome wskazówki dotyczące treningu ruchowego, podczas gdy informacje zwrotne wibracyjne podświadomie wywołają bardziej wyraźne wzorce EMG w oparciu o analizę skupień. Badacze stawiają hipotezę, że promowanie różnych wzorców EMG, osiągnięte poprzez maksymalizację odległości między skupieniami, poprawi wydajność zadania sięgania do dotyku.

Co ważne, koncepcja wzmocnienia sprawczości poznawczej i uczenia się ruchu za pomocą technologii do noszenia, wielozmysłowych informacji zwrotnych i rzeczywistości wirtualnej podczas treningu fizycznego będzie miała zastosowanie do wszystkich form upośledzenia nerwowo-mięśniowego, w tym udaru i urazowego uszkodzenia mózgu, oprócz SCI.