A-máquina interface humana Integrando sensores de baixo custo com uma estimulação do sistema neuromuscular eléctrico para pós-AVC Reabilitação Balance

Um episódio de disfunção neurológica focal provocado por cerebral, espinal, retina ou enfarte é chamado derrame ^1. O AVC é um problema de saúde global e quarta principal causa de incapacidade em todo o mundo ^1. Em países como Índia e China, os dois países mais populosos do mundo, incapacidade neurológica devido a acidente vascular cerebral está sendo rotulado como epidemia escondida ^2. Uma das complicações médicas mais comuns após um acidente vascular cerebral são quedas, com uma incidência de até 73% no primeiro ano pós-acidente vascular cerebral ^3. A queda pós-AVC é multifatorial e inclui ambos os fatores espinhais e supra-como equilíbrio e visuospatial negligência ^4. Uma revisão de Geurts e colegas ⁵ identificadas 1) prejudicada multi-direcional peso máximo de marchas durante bípede pé, 2) baixa velocidade, 3) imprecisão direcional, e 4) pequenas amplitudes de deslocamentos do peso plano frontal sub-máxima individuais e cíclicos como o equilíbrio fatores de ri quedask. O consequente impacto nas actividades da vida diária pode ser significativo pois os trabalhos anteriores mostraram que o equilíbrio está associado à capacidade ambulatorial e independência na função motora grossa ^{5, 6.} Além disso, Geurts e colegas ⁵ sugeriu que a integração supra-espinhal multissensorial (e coordenação muscular ^7), além de força muscular é fundamental para a recuperação do equilíbrio que está faltando em protocolos atuais. Para a integração multissensorial, nossa hipótese ⁸ na volitivamente impulsionado eletroterapia não-invasiva (EENM / SES) é que este comportamento adaptativo pode ser moldado e facilitado modulando a percepção ativa de entradas sensoriais durante o movimento EENM / SES-assistida do membro afetado de modo que a cérebro pode incorporar esse feedback na saída movimento subsequente através do recrutamento de vias motoras alternados ^9, se necessário.

Para alcançar volitivamente conduzido treinamento de equilíbrio EENM / SES-assistida em um recurso-pobres definição, um baixo custo homem-máquina interface (HMI) foi desenvolvida através da alavancagem disponível software de código aberto e os recentes avanços na tecnologia de sensor de off-the-shelf jogo de vídeo para biofeedback visual-auditivo. NMES envolve a estimulação elétrica coordenada dos nervos e músculos que tem sido mostrado para melhorar a força muscular e reduzir a espasticidade ^10. Além disso, a SES envolve a estimulação dos nervos sensoriais com corrente elétrica para evocar sensações onde o trabalho publicado preliminar ¹¹ mostraram que a estimulação subsensory aplicada sobre os músculos tibial anterior por si só é eficiente em atenuar oscilação postural. Aqui, a HMI irá tornar possível a integração sensório-motor durante o balanço de terapia pós-AVC interativo onde volitivamente-driven EENM / SES para os músculos do tornozelo irá atuar como um amplificador muscular (com EENM), bem como melhorar o feedback aferente (com SES) para auxiliar estratégias de tornozelo saudáveis ^{​​12,13,14} para manter a postura ereta durante balanços posturais. Isto ébaseado na hipótese apresentada em Dutta et al. ^8, que um aumento na excitabilidade córtico dos músculos do tornozelo relevantes efectuadas através de eletroterapia não-invasiva pode emprestar para uma modulação supra-espinhal melhora da rigidez do tornozelo. De facto, trabalhos anteriores tem mostrado que EENM / SES provoca mudanças duradouras na excitabilidade corticoespinhal, possivelmente como resultado de co-activação do motor e fibras sensoriais ^15,16. Além disso, Khaslavskaia e Sinkjaer ¹⁷ mostrou em humanos essa unidade cortical motora concorrente presente no momento da EENM / SES aprimorados cortical motora excitabilidade. Portanto, volitivamente-driven EENM / SES pode induzir neuroplasticidade a curto prazo em reflexos espinhais (por exemplo, a inibição Ia recíproco ¹⁷⁾ onde os neurônios corticoespinhais que se projetam através de vias descendentes de um determinado agregado neuromotor pode inibir o agregado neuromotor antagônica via interneurônios Ia-inibitórios em seres humanos ^18, como mostrado na Figura 1, no sentido de uma juntaparadigma condicionado perant (veja Dutta et al. ^8).

Figura 1: O conceito (. Detalhes no Dutta et al ²¹⁾ subjacente interface homem-máquina interativa (HMI) para dirigir o centro de pressão (COP) cursor para o alvo cued para melhorar a coordenação muscular do tornozelo sob estimulação elétrica neuromuscular volitivamente impulsionado (EENM) -assisted equilíbrio visuomotor terapia EEG:. eletroencefalografia, MN: α-motoneurônio, IN: interneurônio Ia-inibitória, EMG: eletromiograma, DRG: gânglio da raiz dorsal. Reproduzido de ⁸ e ^37. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

O antero-posterior (AP) deslocamentos no centro de massa (COM) são realizadaspor plantares tornozelo (como músculos gastrocnemius medial e soleus) e dorsiflexores (tais como o músculo tibial anterior), enquanto medio-lateral (ML) deslocamentos são realizadas por inversores de tornozelo (tais como o músculo tibial anterior) e evertors (tais como fibular longo e brevis músculos). Consequentemente, as imparidades do tornozelo relacionadas com o acidente vascular cerebral incluindo fraqueza do tornozelo dorsiflexora músculos e aumento da espasticidade do tornozelo plantares músculos levar ao controle postural prejudicada. Aqui, os programas de formação agilidade ⁶ pode ser aproveitado em uma realidade virtual (VR) plataforma de jogos baseados que desafiam o equilíbrio dinâmico, onde as tarefas são progressivamente aumentada em dificuldade que pode ser mais eficaz do que o programa de alongamento estático / de mudança de peso exercício na prevenção de quedas ^6. Por exemplo, os indivíduos podem realizar volitivamente impulsionado AP assistida EENM / SES e deslocamentos ML durante uma tarefa de equilíbrio visuomotor dinâmico, onde a dificuldade pode ser progressivamente aumentada para amelproblemas iorate pós-AVC específicas do tornozelo de controle de peso deslocando durante a posição bípede. Rumo volitivamente impulsionado equilíbrio terapia assistida por EENM / SES em um ambiente pobre em recursos, apresentamos um baixo custo HMI for Mobile Cérebro / Imagem Corporal (MOBI) ^19, no sentido de biofeedback visual e auditiva, que também pode ser usado para a coleta de dados de baixa sensores de custos para exploração de dados offline no Mobilab (ver Ojeda et al ^20.).