Une machine à interface humaine Intégration de capteurs à faible coût avec un système de stimulation neuromusculaire électrique pour post-AVC Solde Réhabilitation

Un épisode de dysfonctionnement neurologique causé par cérébrale focale, de la moelle, ou un infarctus rétinien est appelé AVC ^1. L' AVC est un problème de santé mondial et quatrième principale cause d'invalidité dans le monde entier ^1. Dans des pays comme l' Inde et la Chine, les deux pays les plus peuplés du monde, le handicap neurologique due à un AVC est étiqueté comme épidémie cachée ^2. Une des complications médicales les plus courantes après un accident vasculaire cérébral sont les chutes avec une incidence déclarée de jusqu'à 73% dans le post-AVC première année ^3. La chute post-AVC est multifactorielle et comprend les deux facteurs de la colonne vertébrale et supraspinales comme l' équilibre et la négligence visuospatial ^4. Un examen par Geurts et ses collègues ⁵ identifiés 1) multi-directionnellement diminuée du poids maximal se déplacer pendant debout bipède, 2) vitesse lente, 3) l' imprécision directionnelle, et 4) de petites amplitudes de déplacement de poids frontal plan sous-maximal simples et cycliques comme l'équilibre facteurs de chute risk. L'incidence sur les activités de la vie quotidienne peut être importante puisque les travaux antérieurs ont montré que l' équilibre est associé à la capacité ambulatoire et à l' indépendance de la fonction motrice brute ^{5, 6.} En outre, Geurts et ses collègues ⁵ ont suggéré que l' intégration surépineux multisensorielle (et coordination musculaire ⁷⁾ en plus de la force musculaire est essentiel pour la récupération de l' équilibre qui fait défaut dans les protocoles actuels. Vers l' intégration multisensorielle, notre hypothèse ⁸ sur volitionally conduit électrothérapie non-invasive (NMES / SES) est que ce comportement adaptatif peut être façonné et facilitée par la modulation de la perception active des entrées sensorielles pendant le mouvement NMES / SES-assistée du membre affecté de telle sorte que la cerveau peut incorporer cette rétroaction en sortie de mouvement ultérieur par recrutement voies motrices alternatives ^9, si nécessaire.

Pour atteindre volitionally entraîné la formation de l'équilibre NMES / SES-assistée dans une ressource-poor réglage, un homme-machine interface à faible coût (HMI) a été développé en tirant parti de la disposition des logiciels open-source et les progrès récents dans le off-the-shelf technologie de capteur de jeu vidéo pour biofeedback visuo-auditive. NMES implique une stimulation électrique coordonnée des nerfs et des muscles qui a été montré pour améliorer la force musculaire et de réduire la spasticité ^10. En outre, SES implique la stimulation des nerfs sensoriels en courant électrique pour évoquer des sensations où le travail préliminaire publiée ¹¹ a montré que la stimulation subsensory appliquée sur les muscles jambiers antérieurs seul est efficace pour atténuer le balancement postural. Ici, l'IHM rendra possible l'intégration sensori-motrice au cours de post-AVC thérapie équilibre interactif où volitionally-driven NMES / SES pour les muscles de la cheville va agir comme un amplificateur musculaire (avec NMES), ainsi que d'améliorer la rétroaction afférences (avec SES) pour aider les stratégies de la cheville en bonne santé ^12,13,14 pour maintenir la position verticale pendant balancements posturaux. C'estsur la base de l'hypothèse présentée dans Dutta et al. ⁸ , qu'une excitabilité cortico accrue des muscles de la cheville pertinentes effectuées par l' intermédiaire d' électrothérapie non-invasive peut prêter à une modulation surépineux améliorée de la rigidité de la cheville. En effet, les travaux antérieurs ont montré que NMES / SES provoque des changements durables dans l' excitabilité cortico, probablement en raison du moteur de co-activation et les fibres sensorielles ^15,16. En outre, Khaslavskaia et Sinkjaer ¹⁷ ont montré chez l' homme que le moteur concurrent corticale entraînement présente au moment de NMES / SES améliorée moteur cortical excitabilité. Par conséquent, volitionally-driven NMES / SES peut induire neuroplasticité à court terme dans les réflexes spinaux (par exemple, réciproque Ia inhibition ¹⁷⁾ où les neurones cortico qui projettent par voies descendantes à un pool de motoneurones donné peuvent inhiber la piscine des motoneurones antagonistes via interneurones Ia-inhibitrices dans les humains ^18, comme représenté sur la figure 1, vers un oparadigme de conditionnement perant (voir Dutta et al. ^8).

Figure 1: Le concept (. Détails à Dutta ²¹ et al) interface homme – machine sous – jacente interactive (IHM) pour conduire le centre de pression (CoP) curseur sur la cible indicé pour améliorer la coordination de la cheville musculaire sous stimulation électrique neuromusculaire volitionally entraîné (NMES) Assistée thérapie équilibre visuomoteur EEG:. électroencéphalographie, MN: α-motoneurone, IN: interneurones Ia-inhibitrice, EMG: électromyogramme, DRG: dorsale ganglion de la racine. Reproduit de ⁸ et ^37. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Le antéro-postérieur (AP) déplacements dans le centre de masse (CoM) sont effectuéespar plantaires de la cheville (comme médiale gastrocnémiens et soléaire) et dorsifléchisseurs (tels que le muscle jambier antérieur), alors que médio-latéral (ML) les déplacements sont effectués par des inverseurs de cheville (tels que le muscle jambier antérieur) et éverseurs (comme long péronier et brevis muscles). Par conséquent, les déficiences de la cheville liés à l'AVC, y compris la faiblesse de la cheville fléchisseur muscles et augmentation de la spasticité de la cheville plantarflexor muscles conduisent à un contrôle postural avec facultés affaiblies. Ici, les programmes de formation d'agilité ⁶ peut être mis à profit dans une réalité virtuelle (VR) plate – forme de jeu basé sur ce défi équilibre dynamique où les tâches sont progressivement accrus en difficulté qui peut être plus efficace que les étirements statiques / programme d'exercice de poids-décalage dans la prévention des chutes ^6. Par exemple, les sujets peuvent effectuer des volitionally conduit NMES / SES AP assisté et les déplacements ML lors d'une tâche d'équilibre visuomoteur dynamique où la difficulté peut être progressivement augmentée jusqu'à ameliorate post-AVC des problèmes de contrôle spécifiques à la cheville dans le poids de décalage pendant debout bipède. Vers volitionally entraîné NMES / SES thérapie équilibre assisté dans un cadre de ressources limitées, nous présentons un faible coût HMI Mobile Cerveau / Imaging corporel (MOBI) ^19, vers biofeedback visuo-auditive qui peut également être utilisé pour la collecte de données à partir de faible capteurs de coûts pour l' exploration de données hors ligne dans Mobilab (voir Ojeda et al. ^20).