NeuroSuitUp: Neurorehabilitering genom synergistiska gränssnitt mellan människa och maskin (NeuroSuitUp)

NeuroSuitUp-projektets fullständiga titel är <Neurorehabilitering genom synergistiska gränssnitt mellan människa och maskin som främjar vilande neuroplasticitet vid ryggmärgsskada> . Det är ett multidisciplinärt projekt för neurofysiologiskt och neural rehabiliteringsteknik, utvecklat av Lab of Medical Physics & Digital Innovation, School of Medicine, Fakulteten för hälsovetenskap Aristoteles University of Thessaloniki och stöds av en neurokirurgisk avdelning. Denna forskning samfinansieras av Grekland och Europeiska unionen (Europeiska socialfonden-ESF) genom det operativa programmet "Human Resources Development, Education and Lifelong Learning 2014-2020" inom ramen för projektet ""NeuroSuitUp"" (MIS 5047840) ). Webbplatsen för projektet kan nås på https://imedphys.med.auth.gr/project/neurosuitup.

NeuroSuitUp-projektet involverar:

• En klinisk studie för rehabilitering av patienter med cervikal ryggmärgsskada (CSCI), med användning av flera uppslukande människa-maskin-gränssnitt (Brain-Computer Interface (BCI) kontrollerad robotarmsenhet, Wearable Robotics Jacket & Gloves, Serious Gaming Application, Augmented Reality presentation)
• En sekundär off-line neurofysiologisk analys av brinkortikal aktivering, anslutning och plasticitet samt muskelelektrofysiologi hos patienter med CSCI som genomgår motorisk bild (MI) och BCI-träning och assistans genom elektrisk muskelstimulering

Milstolpar i studien:

• Utredarna syftar till att utveckla, testa och optimera en intervention baserat på flera uppslukande människa-maskin-gränssnitt
• Utredarna syftar till att utveckla och validera neurorehabiliteringsprotokoll i egen takt för patienter med CSCI.
• Utredarna syftar till att identifiera och studera den neurofysiologiska funktionaliteten och förändringen av kortikal aktivitet vid kronisk CSCI.

De sensorimotoriska nätverken för patienter med ryggmärgsskada (SCI) och friska individer delar liknande anslutningsmönster av men nya funktionella interaktioner har identifierats som unika för SCI-patientnätverk och kan tillskrivas både adaptiva och maladaptiva organisationseffekter efter skadan. Betydelsen av sådana fenomen både som möjliga prognostiska faktorer och som bidragsgivare till patientrehabilitering är ännu ospecificerad. Den exakta underliggande neurofysiologiska processen och omfattningen som denna moduleras av interaktioner av högre ordning är inte heller helt klarlagd. Mycket viktigare, det har nyligen för första gången visat partiell neurologisk återhämtning hos kompletta SCI-patienter efter 5-10 år från skadan genom banbrytande neurorehabiliteringsprotokoll, integrerade i traditionell medicinsk och fysioterapipraxis. Utredarna använde rik visuell och taktil feedback, virtual reality-miljöer (VRE), BCI-kontrollerade exoskelett och robotaktuatorer och dessutom dokumenterade plasticitetseffekter på kortikal nivå.

Resterande kommunikation mellan hjärna och ryggmärg spelar en viktig roll vid eventuell neurorehabilitering, eftersom även vid kompletta skador är en fjärdedel av nervfibrerna som korsar skadenivån funktionellt intakta. Som sådan har omträning av CNS-kretsar och främjande av plasticitet för att återställa kroppsfunktioner erkänts bland nyckelprinciperna för ryggmärgsreparation av US National Institute of Neurological Disorders and Stroke (US NIH/NINDS). Icke desto mindre visar befintlig litteratur ännu inte med precision den patofysiologiska processen och effekten av SCI på CNS och de sensorimotoriska nätverken. Studier som behövs för att ta itu med denna fråga (som vår studie) bör övervägas, och identifiera specifika frågor som ska besvaras genom ytterligare undersökningar: a) hur och varför omorganisation av CNS-nätverk upprättas, b) hur denna omorganisation utvecklas i tid med avseende på skadans svårighetsgrad och kroniska karaktär, c) när kan den betraktas som en adaptiv eller maladaptiv evolution, och d) hur kan den främjas respektive förebyggas. Den erhållna insikten förväntas ha klinisk relevans för att förhindra maladaptiv plasticitet efter SCI genom individualiserad neurorehabilitering, såväl som i utformningen av hjälpmedel för SCI-patienter.

Denna NeuroSuitUp-studie är både en preklinisk neurofysiologisk undersökning på humana SCI-patienter som syftar till att föra fram grundläggande kunskap om SCI-följder till CNS och även en translationell implementering i klinisk (rehabiliterings)praxis. Vår analys syftar till att så småningom hjälpa till att ta fram en modell av CNS fungerar längs olika stadier av SCI (akut, subakut, kronisk), under olika aktivitet (vilotillstånd, enkla motoriska uppgifter, komplex sensorimotorisk aktivitet), skiljer mellan komplett och ofullständig skada och idealiskt att kunna förutsäga negativt utfall kontra eventuell återhämtning . NeuroSuitUp-projektet syftar till att undersöka och främja vilande neuroplasticitet efter kronisk SCI vid halsryggraden, en typ av skada som orsakar tetrapares och tetraplegi. Vårt protokoll kommer att distribuera utbildning i hjärndatorgränssnitt och robotarmar, virtuella miljöer (hjärnkontrollerade virtuella armar, avatarer och förstärkt verklighet bärbar robotik med sensorer och ställdon (handskar och jacka) och rik audio/visuell/taktil stimuli tillsammans med seriösa spelapplikationer för att öka motivationen. Visuella och kinestetiska sensorimotoriska hjärnnätverk kommer också att studeras med hjälp av högdensitetselektroencefalografi för att demonstrera och övervaka CNS-plasticitet.