Un uomo-macchina-interfaccia Integrazione di sensori a basso costo con una stimolazione del sistema neuromuscolare elettrica per post-ictus Balance riabilitazione

Un episodio di disfunzione neurologica causata da cerebrale focale, spinale, o infarto retina è chiamato ictus ^1. L'ictus è un problema di salute globale e quarta causa di disabilità in tutto il mondo ^1. In paesi come l'India e la Cina, le due nazioni più popolose del mondo, disabilità neurologica a causa di ictus è stato etichettato come epidemia nascosta ^2. Una delle complicanze mediche più comune dopo un ictus sono cascate con una incidenza fino al 73% nel primo anno post-ictus ^3. Il calo post-ictus è multifattoriale e comprende sia fattori spinali e sopraspinali come equilibrio e visuospaziali abbandono ^4. Una revisione da Geurts e colleghi ⁵ identificati 1) multi-direzionale compromessa peso massimo spostamento durante la standing bipedi, 2) a bassa velocità, 3) imprecisioni direzionali, e 4) piccole ampiezze di spostamento del peso piano frontale sub-massimale singole e ciclici come l'equilibrio fattori per l'autunno risk. Il conseguente impatto sulle attività della vita quotidiana può essere significativo in quanto opere precedenti hanno dimostrato che l'equilibrio è associata con la capacità ambulatoriale e l'indipendenza nella funzione motoria lorda ^{5, 6.} Inoltre, Geurts e colleghi hanno suggerito che ⁵ sovraspinale integrazione multisensoriale (e muscolare coordinamento ⁷⁾ in aggiunta alla forza muscolare è fondamentale per il recupero di equilibrio che manca attuali protocolli. Verso l'integrazione multisensoriale, la nostra ipotesi ⁸ su elettroterapia non invasiva volitionally guidato (NMES / SES) è che questo comportamento adattivo può essere modellato e facilitato modulando percezione attiva di input sensoriali durante il movimento ESNM / SES-assistita dell'arto interessato in modo tale che il cervello può integrare questo feedback in uscita successivo movimento con l'assunzione di vie motorie alternative ^9, se necessario.

Per raggiungere volitionally guidato la formazione del bilancio ESNM / SES-assistita in una risorsa-poor impostazione, a basso costo uomo-macchina-interfaccia (HMI) è stato sviluppato sfruttando disponibile un software open-source e recenti progressi in off-the-shelf videogioco tecnologia dei sensori per il biofeedback visivo-uditiva. NMES comporta la stimolazione elettrica coordinato di nervi e muscoli che ha dimostrato di migliorare la forza muscolare e ridurre la spasticità ^10. Inoltre, SES comporta la stimolazione dei nervi sensoriali con la corrente elettrica per evocare sensazioni dove preliminare lavoro pubblicato ¹¹ ha dimostrato che la stimolazione subsensory applicato sui muscoli tibiale anteriore da solo è efficace nell'attenuare oscillazioni posturali. Qui, l'operatore renderà possibile l'integrazione sensoriale-motoria durante la terapia equilibrio post-ictus interattivo dove volitionally-driven ESNM / SES per i muscoli della caviglia agiranno come un amplificatore muscolare (con NMES), così come migliorare il feedback afferente (con SES) per assistere le strategie caviglia sani ^12,13,14 per mantenere la posizione eretta durante ondeggia posturali. Questo èbasata sull'ipotesi presentato in Dutta et al. ⁸ che un aumento dell'eccitabilità corticospinale dei muscoli della caviglia pertinenti effettuate attraverso elettroterapia non invasiva può prestarsi a una migliore modulazione sovraspinale di rigidità della caviglia. In effetti, il lavoro precedente ha mostrato che ESNM / SES suscita cambiamenti duraturi in eccitabilità corticospinale, probabilmente a causa di motori co-attivazione e le fibre sensoriali ^15,16. Inoltre, Khaslavskaia e Sinkjaer ¹⁷ hanno dimostrato negli esseri umani tale unità corticale motore concorrente presente al momento della NMES / SES esaltata corticale motore eccitabilità. Pertanto, volitionally-driven ESNM / SES può indurre neuroplasticità a breve termine in riflessi spinali (ad esempio, l'inibizione Ia reciproca ¹⁷⁾ dove i neuroni cortico che proiettano tramite vie discendenti di un determinato pool motoneuroni possono inibire la piscina motoneuroni antagonista tramite interneuroni Ia-inibitori in esseri umani ^18, come mostrato in figura 1, verso una ocondizionata paradigma perant (vedi Dutta et al. ^8).

Figura 1: Il concetto (. Dettagli a Dutta et al ²¹⁾ sottostante interfaccia uomo-macchina interattiva (HMI) per guidare il centro di pressione (COP) cursore sul bersaglio cued di migliorare il coordinamento muscolare caviglia sotto stimolazione elettrica neuromuscolare volitionally guidato (NMES) -assistita terapia equilibrio visuomotorio EEG:. elettroencefalografia, MN: α-motoneurone, IN: interneurone Ia-inibitorio, EMG: elettromiografia, DRG: dorsali radice gangliari. Tratto da ⁸ e ^37. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Il antero-posteriore (AP) spostamenti nel centro di massa (COM) vengono eseguiteda plantarflexors caviglia (come mediale gastrocnemio e soleo) e dorsiflessori (come il muscolo tibiale anteriore) mentre medio-laterale (ML) spostamenti vengono eseguite da invertitori caviglia (come il muscolo tibiale anteriore) e evertors (come peroneo lungo e brevis muscoli). Di conseguenza, i danni alla caviglia ictus correlati tra cui la debolezza della caviglia flessori dorsali muscoli e aumento della spasticità della caviglia plantarflexor muscoli portano a controllo posturale compromessa. Qui, i programmi di formazione agilità ⁶ può essere sfruttato in una realtà virtuale (VR) piattaforma di gioco based che sfidano l'equilibrio dinamico, in cui le attività sono progressivamente aumentati in difficoltà che può essere più efficace di allungamento programma di esercizio statico / spostamento del peso nella prevenzione delle cadute ^6. Ad esempio, i soggetti in grado di eseguire volitionally guidato AP assistito NMES / SES e spostamenti ML durante un compito equilibrio visuomotorio dinamico in cui la difficoltà può essere aumentata progressivamente a Amelpost-ictus specifici problemi di controllo alla caviglia iorate di spostamento del peso durante piedi bipede. Verso NMES / SES terapia equilibrio assistito volitionally guidato in un ambiente povero di risorse, vi presentiamo un basso costo HMI per il Mobile del cervello / corpo Imaging (MoBI) ^19, in direzione biofeedback visivo-uditiva che può essere utilizzato anche per la raccolta dati dal basso I sensori di costo per l'esplorazione dei dati in linea in Mobilab (vedi Ojeda et al. ^20).