Когнитивное протезирование для улучшения хватки и достижения после ТСМ

Повреждение спинного мозга (SCI) на шейном уровне ухудшает функцию рук, серьезно ухудшая выполнение повседневных действий. Процесс физической реабилитации требует от участника приверженности достижению значимого улучшения функций. Подходы к реабилитации, которые когнитивно вовлекают, могут способствовать большей приверженности практике и улучшению обучения движению.

Исследователи предлагают разработать инновационные платформы, использующие виртуальную реальность (VR) и носимые устройства, которые улучшают когнитивные факторы во время двигательного обучения захвату рук и дотягиванию после ТСМ. Эти факторы включают большее чувство свободы действий или восприятие контроля, а также мультисенсорную обратную связь. Чувство свободы действий связано с большим контролем движений, и различные способы сенсорной обратной связи (визуальные, звуковые и тактильные) доказали свою эффективность при обучении движениям. Однако эти факторы недостаточно учитываются в традиционных подходах к физиотерапии.

Исследователи разработали две новые когнитивные платформы для восстановления функции захвата и досягаемости и предлагают протестировать каждую платформу у ветеранов с хронической травмой спинного мозга на шейном уровне.

Цель 1 будет исследовать, как «познавательная» перчатка может улучшить функциональную хватку. Эта перчатка включает в себя датчики силы и изгиба, которые предоставляют входные данные для алгоритма машинного обучения, обученного прогнозировать, когда будет достигнут безопасный захват. Перчатка предупреждает пользователя о безопасном захвате с помощью встроенных сенсорных модулей, обеспечивающих визуальную (светодиод), звуковую (зуммер) и тактильную (вибратор) обратную связь. Во время обучения обратная связь предоставляется через постепенно сокращающиеся промежутки времени, чтобы постепенно стимулировать действие, основанное на нейробиологическом принципе «намеренного связывания». Этот принцип предполагает, что при большей свободе действий человек воспринимает свое действие (например, надежный захват) более связанным во времени с сенсорным следствием (например, обратной связью в перчатке). Перчатка готова к использованию и теперь совместима с настраиваемыми приложениями виртуальной реальности, чтобы обеспечить улучшенную сенсорную обратную связь с помощью привлекательных и настраиваемых визуальных и звуковых предупреждений. Исследователи предполагают, что улучшенная обратная связь в виртуальной реальности приведет к еще большему улучшению производительности захвата, чем только обратная связь на борту.

Задача 2 будет исследовать, как ветераны с травмой спинного мозга могут научиться лучше контролировать мышцы руки во время виртуальной досягаемости при использовании «сенсорной» скобы, которая обеспечивает изометрическое сопротивление одной руке, чтобы выявить паттерны электромиографии (ЭМГ), которые могут управлять виртуальной рукой. Человек получает визуальную обратную связь от виртуальной реальности и тактильную обратную связь мышечных сухожилий от корсета во время тренировки. Стимуляция сухожилий может вызывать ощущения движения, которые модулируют паттерны мышечной активации. Обратная связь виртуальной реальности будет давать сознательные сигналы для обучения движению, в то время как вибрационная обратная связь будет подсознательно выявлять более отчетливые паттерны ЭМГ на основе кластерного анализа. Исследователи предполагают, что поощрение различных паттернов ЭМГ, достигаемое за счет максимального расстояния между кластерами, улучшит выполнение задачи дотянуться до прикосновения.

Важно отметить, что концепция укрепления когнитивной деятельности и обучения движению с использованием носимых технологий, мультисенсорной обратной связи и виртуальной реальности во время физических тренировок будет применима ко всем формам нервно-мышечных нарушений, включая инсульт и черепно-мозговую травму в дополнение к ТСМ.