Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle Integration von Low-Cost-Sensoren mit einem Neuromuskuläre Elektrostimulation System zur Post-Stroke Balance Rehabilitation

Eine Folge von durch fokaler zerebraler verursacht neurologische Dysfunktion, spinale oder retinalen Infarkt Schlaganfall ¹ genannt. Der Schlaganfall ist ein globales Gesundheitsproblem und vierthäufigste Ursache für Behinderungen weltweit ^1. In Ländern wie Indien und China, den beiden bevölkerungsreichsten Ländern der Welt wird neurologische Behinderung aufgrund von Schlaganfall wird als versteckte Epidemie ² bezeichnet. Einer der häufigsten medizinischen Komplikationen nach einem Schlaganfall sind Stürze mit einer Inzidenz von bis zu 73% im ersten Jahr nach Schlaganfall ^3. Der nach Schlaganfall Herbst ist multifaktoriell und umfasst sowohl Wirbelsäulen- und supraspinale Faktoren wie Balance und visuospatial Vernachlässigung ^4. Eine Überprüfung von Geurts und Kollegen ⁵ identifiziert 1) multidirektional langsam maximales Gewicht bei zweibeinigen stehenden Verschiebung, 2) Geschwindigkeit, 3) Richtungs Unschärfen und 4) kleinen Amplituden von Einzel- und zyklische submaximalen Frontalebene Gewichtsverlagerungen als Saldo beeinträchtigt Faktoren für den Herbst risk. Die Auswirkungen auf Aktivitäten des täglichen Lebens können erheblich sein , da vor Arbeiten , die Balance mit der ambulanten Fähigkeit und Unabhängigkeit in Grobmotorik ^{5, 6} zugeordneten gezeigt haben. Darüber hinaus schlug Geurts und Kollegen ⁵ , dass supraspinale multisensorielle Integration (und Muskelkoordination ⁷⁾ zusätzlich zu Muskelkraft für die Balance Erholung entscheidend ist , die in der aktuellen Protokolle fehlt. Towards multisensorielle Integration unsere Hypothese ⁸ auf willentlich angetrieben nichtinvasive Elektro (NMES / SES) ist , daß dieses adaptive Verhalten durch Modulieren aktiven Wahrnehmung sensorischer Eingänge während NMES / SES-unterstützte Bewegung der betroffenen Extremität so geformt und erleichtert werden kann , dass die Gehirn kann durch die Einstellung von alternativen motorischen Bahnen ^9, dieses Feedback in nachfolgende Bewegung Ausgabe übernehmen , wenn nötig.

willentlich angetrieben NMES / SES-unterstützte Balancetraining in einer Ressource zu erreichen,-arme Einstellung, ein Low-Cost-Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) wurde für visuell-auditorischen Biofeedback durch den Einsatz von verfügbaren Open-Source-Software und die jüngsten Fortschritte in der off-the-shelf-Videospiel-Sensor-Technologie entwickelt. NMES beinhaltet aufeinander abgestimmte elektrische Stimulation von Nerven und Muskeln , die Muskelkraft hat sich gezeigt , zu verbessern und Spastik ¹⁰ zu reduzieren. Auch beinhaltet SES Stimulation der sensorischen Nerven mit elektrischem Strom Empfindungen hervorzurufen , wo vorläufigen Veröffentlichungen ¹¹ zeigten , dass subsensory Stimulation über die tibialis anterior Muskeln angewendet allein ist wirksam bei der Haltungs- Schwanken zu dämpfen. Hier wird das HMI ermöglichen sensomotorische Integration während der interaktiven nach Schlaganfall Balance-Therapie, wo willentlich getriebene NMES / SES für den Knöchel Muskeln werden als Muskelverstärker wirken (mit NMES) zu verbessern sowie zuführenden Feedback (mit SES) zu unterstützen gesunde Knöchel Strategien ^12,13,14 aufrecht Haltung während der Haltungs- sways zu halten. Das istbasiert auf der Hypothese in Dutta präsentiert et al. ⁸ , daß eine erhöhte Erregbarkeit corticospinal relevanter Knöchel Muskeln durch nicht-invasive Elektro erfolgen kann zu einer verbesserten supraspinal Modulation der Knöchel Steifigkeit verleihen. Tatsächlich hat sich vor der Arbeit gezeigt , dass NMES / SES dauerhafte Veränderungen in corticospinal Erregbarkeit entlockt, möglicherweise als Folge des Zusammen aktivierenden motorischen und sensorischen Fasern ^15,16. Darüber hinaus zeigte Khaslavskaia und Sinkjaer ¹⁷ beim Menschen , dass die gleichzeitige Motor kortikalen Laufwerk vorhanden zum Zeitpunkt der NMES / SES Motor kortikalen Erregbarkeit verbessert. Daher willentlich getriebene NMES / SES kann kurzfristige neuroplasticity in Spinalreflexe induzieren (zB gegenseitige Ia Hemmung ¹⁷⁾ , wo corticospinal Neuronen , die über absteigende Bahnen zu einem bestimmten Motoneuron Pool projizieren die antagonistische Motoneuron – Pool über Ia-hemmende Interneurone hemmen können in wie in Figur 1, in Richtung einer o Menschen ¹⁸ gezeigtperant Konditionierung (siehe Dutta et al. ^8).

Abbildung 1: Das Konzept (. Details bei Dutta et al ²¹⁾ zugrunde liegende interaktive Mensch – Maschine – Schnittstelle (HMI) , um den Druckzentrum (CoP) Cursor auf das cued Ziel zu fahren Knöchel Muskelkoordination unter willentlich angetrieben neuromuskuläre Elektrostimulation (NMES) zu verbessern -Assistierte visuomotorische Balance – Therapie EEG. Elektroenzephalographie, MN: α-Motoneuron, IN: Ia-hemmenden Interneuron, EMG: Elektromyogramm, DRG: Dorsalwurzelganglion. Übernommen aus ⁸ und ^37. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Die anteroposterioren (AP) Verschiebungen in der Mitte der Masse (CoM) durchgeführtdurch Knöchels Plantarflektoren (wie medial gastrocnemius und Soleus) und Dorsalflexoren (wie der tibialis anterior-Muskel) während medio-lateral (ML) Verschiebungen werden durch Knöchels Invertern (wie der tibialis anterior-Muskel) und evertors (wie peroneus longus ausgeführt und brevis Muskeln). Folglich Schlaganfall bedingte Knöchel Beeinträchtigungen einschließlich Schwäche des Knöchels Flexor Muskeln und erhöht die Spastik des Knöchels plantarflexor Muskeln führen zu einer Beeinträchtigung der Haltungskontrolle. Hier Agilität Trainingsprogramme ⁶ kann in einer virtuellen Realität (VR) basierte Gaming – Plattform genutzt werden , die dynamische Gleichgewicht in Frage stellen , wo Aufgaben werden zunehmend in Schwierigkeiten erhöht , die wirksamer sein kann als statisches Dehnen / Gewichtsverlagerung Trainingsprogramm in Stürze ⁶ zu verhindern. Zum Beispiel kann Probanden während einer dynamischen visuomotorische Balance Aufgabe, bei der die Schwierigkeit progressiv erhöht werden, um willentlich angetrieben NMES / SES unterstützt AP und ML Verschiebungen führen ameliorate nach Schlaganfall knöchel spezifischen Kontrollprobleme in Gewicht während der zweibeinigen stehenden Verschiebung. Auf dem Weg zu willentlich angetrieben NMES / SES unterstützt Balance – Therapie in einem ressourcenarmen Umgebung präsentieren wir ein Low-Cost – HMI für mobile Gehirn / Body Imaging (MoBI) ^19, Richtung visuell-auditorischen Biofeedback , die auch für die Datensammlung verwendet werden können , von Low- Cost – Sensoren für die offline – Datenexploration in MobiLab (siehe Ojeda et al. ^20).