NeuroSuitUp: neurorehabilitacja poprzez synergiczne interfejsy człowiek-maszyna (NeuroSuitUp)

Pełny tytuł projektu NeuroSuitUp to <Neurorehabilitacja poprzez synergiczne interfejsy człowiek-maszyna promujące uśpioną neuroplastyczność w urazach rdzenia kręgowego>. Jest to multidyscyplinarny projekt inżynierii neurofizjologicznej i rehabilitacji neuronowej, opracowany przez Laboratorium Fizyki Medycznej i Innowacji Cyfrowych, School of Medicine, Wydział Nauk o Zdrowiu Uniwersytetu Arystotelesa w Salonikach i wspierany przez Oddział Neurochirurgii. Badania te są współfinansowane przez Grecję i Unię Europejską (Europejski Fundusz Społeczny – EFS) w ramach Programu Operacyjnego „Rozwój zasobów ludzkich, edukacja i uczenie się przez całe życie 2014-2020” w ramach projektu „NeuroSuitUp” (MIS 5047840 ). Witryna projektu jest dostępna pod adresem https://imedphys.med.auth.gr/project/neurosuitup.

Projekt NeuroSuitUp obejmuje:

• Badanie kliniczne dotyczące rehabilitacji pacjentów z urazem rdzenia kręgowego w odcinku szyjnym (CSCI), z wykorzystaniem wielu immersyjnych interfejsów człowiek-maszyna (sterowane ramię robota z interfejsem mózg-komputer (BCI), kurtka i rękawiczki do noszenia robotów, aplikacja do poważnych gier, prezentacja rzeczywistości rozszerzonej)
• Wtórna analiza neurofizjologiczna offline aktywacji, łączności i plastyczności kory mózgowej, a także elektrofizjologii mięśni u pacjentów z CSCI poddawanych obrazowaniu motorycznemu (MI) i treningowi BCI oraz pomocy poprzez elektryczną stymulację mięśni

Kamienie milowe badania:

• Badacze zamierzają opracować, przetestować i zoptymalizować interwencję opartą na wielu immersyjnych interfejsach człowiek-maszyna
• Celem badaczy jest opracowanie i walidacja protokołów neurorehabilitacji we własnym tempie dla pacjentów z CSCI.
• Celem badaczy jest zidentyfikowanie i zbadanie neurofizjologicznej funkcjonalności i zmian aktywności korowej w przewlekłym CSCI.

Sieci sensomotoryczne pacjentów z urazem rdzenia kręgowego (SCI) i zdrowych osób mają podobne wzorce połączeń, ale nowe interakcje funkcjonalne zostały zidentyfikowane jako unikalne dla sieci pacjentów z SCI i można je przypisać zarówno adaptacyjnym, jak i nieprzystosowawczym efektom organizacji po urazie. Znaczenie tych zjawisk zarówno jako możliwych czynników prognostycznych, jak i czynników wpływających na rehabilitację pacjentów pozostaje na razie nieokreślone. Dokładny leżący u podstaw proces neurofizjologiczny i zakres, w jakim jest on modulowany przez interakcje wyższego rzędu, również nie jest w pełni zrozumiały. Co ważniejsze, ostatnio po raz pierwszy zademonstrowano częściowe wyleczenie neurologiczne u pacjentów z całkowitym urazem rdzenia kręgowego po 5-10 latach od urazu dzięki przełomowym protokołom neurorehabilitacji, zintegrowanym z tradycyjną praktyką medyczną i fizjoterapeutyczną. Badacze wykorzystali bogate wizualne i dotykowe informacje zwrotne, środowiska rzeczywistości wirtualnej (VRE), sterowane przez BCI egzoszkielet i siłowniki robotów, a ponadto udokumentowali efekty plastyczności na poziomie korowym.

Resztkowa komunikacja między mózgiem a rdzeniem kręgowym odgrywa ważną rolę w ewentualnej neurorehabilitacji, ponieważ nawet w całkowitych urazach jedna czwarta włókien nerwowych przekraczających poziom urazu pozostaje funkcjonalnie nienaruszona. Jako takie, przekwalifikowanie obwodów OUN i promowanie plastyczności w celu przywrócenia funkcji ciała zostało uznane za jedną z kluczowych zasad naprawy rdzenia kręgowego przez Amerykański Narodowy Instytut Zaburzeń Neurologicznych i Udarów (US NIH/NINDS). Niemniej jednak istniejąca literatura nie przedstawia jeszcze precyzyjnie procesu patofizjologicznego i wpływu SCI na OUN i sieci czuciowo-ruchowe. Należy wziąć pod uwagę badania potrzebne do rozwiązania tego problemu (takie jak nasze badanie), identyfikując konkretne pytania, na które należy odpowiedzieć w toku dalszych badań: a) jak i dlaczego ustanawia się reorganizację sieci OUN, b) jak ta reorganizacja ewoluuje w czasie w odniesieniu do ciężkość i przewlekłość urazu, c) kiedy można go uznać za ewolucję adaptacyjną lub nieadaptacyjną oraz d) w jaki sposób odpowiednio można go promować lub mu zapobiegać. Oczekuje się, że zdobyta wiedza będzie miała znaczenie kliniczne w zapobieganiu nieprzystosowanej plastyczności po urazie rdzenia kręgowego poprzez zindywidualizowaną neurorehabilitację, a także w projektowaniu technologii wspomagających dla pacjentów z urazem rdzenia kręgowego.

Niniejsze badanie NeuroSuitUp jest zarówno przedklinicznym badaniem neurofizjologicznym pacjentów po urazie rdzenia kręgowego, którego celem jest poszerzenie podstawowej wiedzy na temat następstw urazu rdzenia kręgowego w ośrodkowym układzie nerwowym, jak i translacyjnym wdrożeniem w praktyce klinicznej (rehabilitacyjnej). Nasza analiza ma ostatecznie pomóc w stworzeniu modelu Funkcja CNS na różnych etapach SCI (ostra, podostra, przewlekła), podczas różnych czynności (stan spoczynku, proste zadania motoryczne, złożona aktywność czuciowo-ruchowa), rozróżnianie urazów całkowitych i niekompletnych, a najlepiej przewidywanie wyniku negatywnego w porównaniu z możliwym powrotem do zdrowia . Projekt NeuroSuitUp ma na celu zbadanie i promowanie uśpionej neuroplastyczności po przewlekłym urazie rdzenia kręgowego kręgosłupa szyjnego, rodzaju urazu, który powoduje tetraparezę i tetraplegię. Nasz protokół obejmie szkolenie w zakresie interfejsów mózgowo-komputerowych i ramion robotów, środowisk wirtualnych (wirtualne ramiona sterowane mózgiem, awatary i robotyka do noszenia w rzeczywistości rozszerzonej z czujnikami i siłownikami (rękawice i kurtka) oraz bogate bodźce audio/wizualne/dotykowe wraz z poważnymi aplikacjami do gier w celu wzmocnienia motywacji. Wizualne i kinestetyczne sensomotoryczne sieci mózgowe będą również badane za pomocą elektroencefalografii o wysokiej gęstości w celu zademonstrowania i monitorowania plastyczności OUN.