Próteses de base cognitiva para melhorar a compreensão e o alcance após a lesão medular

A lesão medular (LM) no nível cervical prejudica a função da mão compromete severamente o desempenho das atividades da vida diária. O processo de reabilitação física requer comprometimento do participante para alcançar ganhos funcionais significativos. Abordagens de reabilitação cognitivamente envolventes podem facilitar um maior comprometimento com a prática e melhorar o aprendizado do movimento.

Os pesquisadores se propõem a desenvolver plataformas inovadoras que utilizam realidade virtual (VR) e dispositivos vestíveis instrumentados que melhoram os fatores cognitivos durante a aprendizagem motora de preensão manual e alcance após a lesão medular. Esses fatores incluem maior senso de agência, ou percepção de controle e feedback multissensorial. O senso de agência está implicado com maior controle de movimento, e várias modalidades de feedback sensorial (visual, áudio e háptico) são comprovadamente eficazes no treinamento de movimento. No entanto, esses fatores não são bem considerados nas abordagens tradicionais da fisioterapia.

Os investigadores desenvolveram duas novas plataformas de base cognitiva para reabilitar a função de preensão e alcance e propõem testar cada plataforma em veteranos com LME crônica no nível cervical.

O Objetivo 1 investigará como a luva de "cognição" pode melhorar a preensão funcional. Esta luva inclui sensores de força e flexão que fornecem entradas para um algoritmo de aprendizado de máquina treinado para prever quando a pegada segura é alcançada. A luva alerta o usuário sobre uma pegada segura por meio de módulos sensoriais integrados que fornecem feedback visual (LED), áudio (bipe) e tátil (vibrador). Durante o treinamento, o feedback é fornecido em intervalos de tempo gradualmente mais curtos para induzir progressivamente a agência com base no princípio da neurociência de 'ligação intencional'. Este princípio sugere que, com maior agência, percebe-se que sua ação (ou seja, apreensão segura) está mais acoplada no tempo a uma consequência sensorial (ou seja, feedback da luva). A luva está pronta para o usuário e agora tem compatibilidade com aplicativos de VR personalizados para fornecer feedback sensorial aprimorado por meio de alertas visuais e sonoros envolventes e personalizados. Os investigadores levantam a hipótese de que o feedback aprimorado em VR produzirá melhorias ainda maiores no desempenho de preensão do que apenas o feedback a bordo.

O Objetivo 2 investigará como os veteranos com lesão medular podem aprender um maior controle muscular do braço durante o alcance virtual enquanto usam uma cinta "sensorial" que fornece resistência isométrica a um braço para obter padrões de eletromiografia (EMG) que podem acionar um braço virtual. A pessoa recebe feedback visual de VR e feedback tátil do tendão muscular da cinta durante o treinamento. A estimulação do tendão pode provocar sensações de movimento que modulam os padrões de ativação muscular. O feedback de VR fornecerá dicas de treinamento de movimento consciente, enquanto o feedback de vibração subconscientemente provocará padrões EMG mais distintos com base na análise de cluster. Os investigadores levantam a hipótese de que a promoção de padrões EMG distintos, alcançados pela maximização das distâncias entre grupos, melhorará o desempenho de uma tarefa de alcance ao toque.

É importante ressaltar que o conceito de fortalecimento da agência cognitiva e aprendizado de movimento usando tecnologia vestível, feedback multissensorial e realidade virtual durante o treinamento físico será aplicável a todas as formas de deficiência neuromuscular, incluindo acidente vascular cerebral e lesão cerebral traumática, além de SCI.