NeuroSuitUp: нейрореабилитация с помощью синергетических человеко-машинных интерфейсов (NeuroSuitUp)

Полное название проекта NeuroSuitUp: «Нейрореабилитация за счет синергетического взаимодействия человека и машины, стимулирующего дремлющую нейропластичность при повреждении спинного мозга». Это междисциплинарный инженерный проект нейрофизиологии и нейрореабилитации, разработанный Лабораторией медицинской физики и цифровых инноваций Медицинской школы факультета медицинских наук Университета Аристотеля в Салониках и поддерживаемый нейрохирургическим отделением. Это исследование совместно финансируется Грецией и Европейским Союзом (Европейский социальный фонд – ESF) в рамках Оперативной программы «Развитие человеческих ресурсов, образование и обучение на протяжении всей жизни на 2014–2020 годы» в рамках проекта «NeuroSuitUp» (MIS 5047840). ). Доступ к веб-сайту проекта можно получить по адресу https://imedphys.med.auth.gr/project/neurosuitup.

В проекте NeuroSuitUp участвуют:

• Клиническое исследование реабилитации пациентов с травмой шейного отдела спинного мозга (CSCI) с использованием нескольких иммерсивных человеко-машинных интерфейсов (устройство роботизированной руки, управляемое интерфейсом мозг-компьютер (BCI), носимая робототехническая куртка и перчатки, серьезное игровое приложение, презентация с дополненной реальностью)
• Вторичный автономный нейрофизиологический анализ активации, связности и пластичности коры головного мозга, а также электрофизиологии мышц у пациентов с CSCI, проходящих обучение воображению движений (MI) и BCI и помощь посредством электрической стимуляции мышц.

Вехи исследования:

• Исследователи стремятся разработать, протестировать и оптимизировать вмешательство на основе нескольких иммерсивных человеко-машинных интерфейсов.
• Исследователи стремятся разработать и утвердить протоколы самостоятельной нейрореабилитации для пациентов с CSCI.
• Исследователи стремятся выявить и изучить нейрофизиологическую функциональность и изменение корковой активности при хроническом CSCI.

Сенсомоторные сети пациентов с травмой спинного мозга (SCI) и здоровых людей имеют схожие модели связей, но новые функциональные взаимодействия были идентифицированы как уникальные для сетей пациентов с SCI и могут быть отнесены как к адаптивным, так и к неадекватным эффектам организации после травмы. Значение таких явлений как возможных прогностических факторов, так и факторов, способствующих реабилитации больных, пока остается неуточненным. Точный лежащий в основе нейрофизиологический процесс и степень, в которой он модулируется взаимодействиями более высокого порядка, также до конца не изучены. Что еще более важно, он недавно продемонстрировал частичное неврологическое восстановление у пациентов с полной ТСМ через 5-10 лет после травмы с помощью новаторских протоколов нейрореабилитации, интегрированных в традиционную медицинскую и физиотерапевтическую практику. Исследователи использовали богатую визуальную и тактильную обратную связь, среды виртуальной реальности (VRE), управляемый BCI экзоскелет и роботизированные приводы, а также документировали эффекты пластичности на уровне коры головного мозга.

Остаточное сообщение между головным и спинным мозгом играет важную роль в возможной нейрореабилитации, так как даже при полных повреждениях одна четвертая часть нервных волокон, пересекающих уровень повреждения, функционально интактна. Таким образом, переобучение цепей ЦНС и содействие пластичности для восстановления функций организма были признаны Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта США (US NIH/NINDS) среди ключевых принципов восстановления спинного мозга. Тем не менее, в существующей литературе нет точного описания патофизиологического процесса и влияния ТСМ на ЦНС и сенсомоторные сети. Исследования, необходимые для решения этой проблемы (например, наше исследование), должны быть рассмотрены, определяя конкретные вопросы, на которые необходимо ответить в ходе дальнейшего исследования: а) как и почему устанавливается реорганизация сетей ЦНС, б) как эта реорганизация развивается во времени по отношению к тяжесть и хронический характер травмы, в) когда ее можно считать адаптивной или неадекватной эволюцией, и г) как ее можно способствовать или предотвращать, соответственно. Ожидается, что полученное понимание будет иметь клиническое значение для предотвращения дезадаптивной пластичности после ТСМ посредством индивидуальной нейрореабилитации, а также для разработки вспомогательных технологий для пациентов с ТСМ.

Это исследование NeuroSuitUp является одновременно доклиническим нейрофизиологическим исследованием пациентов с ТСМ на людях, целью которого является углубление базовых знаний о последствиях ТСМ для ЦНС, а также трансляционное внедрение в клиническую (реабилитационную) практику. Наш анализ направлен на то, чтобы в конечном итоге помочь создать модель Функция ЦНС на разных стадиях ТСМ (острая, подострая, хроническая), во время различной активности (состояние покоя, простые двигательные задачи, сложная сенсомоторная активность), различает полное и неполное повреждение и в идеале способна предсказать отрицательный результат по сравнению с возможным выздоровлением. . Проект NeuroSuitUp направлен на исследование и продвижение дремлющей нейропластичности после хронической ТСМ в шейном отделе позвоночника, типа травмы, вызывающей тетрапарез и тетраплегию. Наш протокол будет предусматривать обучение интерфейсам мозг-компьютер и роботизированным рукам, виртуальным средам (управляемые мозгом виртуальные руки, аватары и носимые роботы с дополненной реальностью с датчиками и исполнительными механизмами (перчатки и куртка) и богатым аудио/визуальным/тактильным стимулам наряду с серьезными игровыми приложениями. для повышения мотивации. Зрительные и кинестетические сенсомоторные сети мозга также будут изучаться с помощью электроэнцефалографии высокой плотности, чтобы продемонстрировать и контролировать пластичность ЦНС.