A-máquina humana integración de sensores de bajo coste con un sistema de estimulación eléctrica neuromuscular para la Rehabilitación de Balance post-accidente cerebrovascular

Un episodio de disfunción neurológica causada por cerebral focal, la médula, o infarto de retina se denomina accidente cerebrovascular ^1. El ictus es un problema de salud mundial y la cuarta causa principal de discapacidad en todo el mundo ^1. En países como India y China, los dos países más poblados del mundo, la discapacidad neurológica debida a un accidente cerebrovascular ha sido catalogada como epidemia oculta ^2. Una de las complicaciones médicas más comunes después de un derrame cerebral son las caídas con una incidencia de hasta un 73% en el primer año posterior al accidente cerebrovascular ^3. La caída posterior al accidente cerebrovascular es multifactorial e incluye tanto los factores espinales y supraespinales como el equilibrio y la negligencia visuoespacial ^4. Una revisión realizada por Geurts y sus colegas ⁵ identificados 1) afectada en múltiples direcciones de peso máxima mueva durante la bipedestación, 2) baja velocidad, 3) imprecisión direccional, y 4) las pequeñas amplitudes de las oscilaciones del peso plano frontal submáximos individuales y cíclicos como el equilibrio factores de ri caídask. La consecuente impacto en las actividades de la vida diaria puede ser importante ya que las obras anteriores han demostrado que el equilibrio se asocia con la capacidad ambulatoria y la independencia de la función motora gruesa ^{5, 6.} Por otra parte, Geurts y sus colegas sugirieron que la integración ⁵ supraespinal multisensorial (y la coordinación muscular ^7), además de la fuerza muscular es fundamental para la recuperación de equilibrio que no existe en los protocolos actuales. Hacia la integración multisensorial, nuestra hipótesis ⁸ en electroterapia no invasiva volitivamente accionado (NMES / SES) es que este comportamiento de adaptación puede ser en forma y facilitado por la modulación de la percepción activa de entradas sensoriales durante el movimiento con ayuda de SES NMES / de la extremidad afectada de tal manera que la cerebro puede incorporar esta información en la posterior salida de movimiento mediante la contratación de las vías motoras alternos ^9, si es necesario.

Para lograr volitivamente impulsado el entrenamiento del equilibrio con ayuda de SES SNEM / en un recurso-poor ajuste, un ser humano-máquina de bajo costo (HMI) fue desarrollado mediante el aprovechamiento de software de código abierto disponible y los últimos avances en tecnología de sensores de videojuegos off-the-shelf de retro-alimentación visual-auditivo. EENM consiste en la estimulación eléctrica coordinada de los nervios y músculos que se ha demostrado para mejorar la fuerza muscular y reducir la espasticidad ^10. Además, SES consiste en la estimulación de los nervios sensoriales con corriente eléctrica para evocar sensaciones donde el trabajo preliminar publicada ^{el 11} demostraron que la estimulación subsensorial aplica sobre los músculos tibial anterior solo es eficaz en la atenuación de la oscilación postural. En este caso, el operador hará posible la integración sensorial-motriz durante la terapia de equilibrio posterior al accidente cerebrovascular interactivo donde volitivamente-driven SNEM / SES para los músculos del tobillo actuarán como un amplificador muscular (con EENM), así como mejorar la retroalimentación aferente (con SES) a asistir a las estrategias de los tobillos sanos ^12,13,14 para mantener la posición vertical durante balancea posturales. Esto esbasado en la hipótesis presentada en Dutta et al. ⁸ que un aumento de la excitabilidad corticoespinal de los músculos del tobillo que se han efectuado a través de electroterapia no invasiva puede prestar a una mejora de la modulación supraespinal de rigidez del tobillo. De hecho, el trabajo previo ha demostrado que NMES / SES provoca cambios duraderos en la excitabilidad corticoespinal, posiblemente como resultado de la co-activación de motor y fibras sensoriales ^15,16. Por otra parte, Khaslavskaia y Sinkjaer ¹⁷ mostraron en los seres humanos que el motor de accionamiento simultáneo cortical presente en el momento de la EENM / SES realzado la excitabilidad cortical motora. Por lo tanto, impulsada volitivamente-SNEM / SES puede inducir la neuroplasticidad a corto plazo en los reflejos espinales (por ejemplo, Ia inhibición recíproca ¹⁷⁾ donde las neuronas corticoespinal que se proyectan a través de las vías descendentes a un grupo de neuronas motoras dado pueden inhibir la piscina motoneuronas antagónica a través de interneuronas Ia-inhibitorios en los seres humanos ^18, como se muestra en la Figura 1, hacia una oparadigma de condicionamiento perant (véase Dutta et al. ^8).

Figura 1: El concepto (. Detalles en Dutta et al ²¹⁾ subyacente interfaz hombre-máquina interactiva (HMI) para conducir el centro de presión (CoP) del cursor a la meta con claves para mejorar la coordinación de los músculos del tobillo bajo la estimulación eléctrica neuromuscular volitivamente conducido (SNEM) -assisted terapia de equilibrio visuomotor EEG:. electroencefalografía, MN: α-motoneurona, IN: interneuronas inhibidoras de Ia, EMG: electromiograma, GRD: ganglio de la raíz dorsal. Reproducido de ⁸ y ^37. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

El antero-posterior (AP) desplazamientos en el centro de masa (COM) se llevan a cabopor flexores plantares del tobillo (tales como los músculos gastrocnemio medial y sóleo) y flexores dorsales (tales como el músculo tibial anterior), mientras que medio-lateral (ML) desplazamientos se llevan a cabo por inversores de tobillo (tales como el músculo tibial anterior) y eversores (como peroneo largo y corto músculos). En consecuencia, relacionadas con la apoplejía impedimentos tobillo incluyendo debilidad del tobillo dorsiflexor músculos y aumento de la espasticidad de los músculos flexor plantar del tobillo conducen a un deterioro del control postural. Aquí, los programas de entrenamiento de la agilidad ⁶ se puede aprovechar en una realidad virtual (VR) plataforma de juegos basada en que desafían el equilibrio dinámico donde las tareas se incrementan progresivamente en dificultad que puede ser más eficaz que el programa de ejercicios de estiramiento estático / de desplazamiento de peso en la prevención de caídas ^6. Por ejemplo, los sujetos pueden realizar volitivamente impulsado AP asistida SNEM / SES y los desplazamientos ML durante una dinámica de equilibrio tarea visomotora, donde la dificultad se puede aumentar progresivamente a ameliorate problemas tras un ictus tobillo específica de control en el cambio de peso durante la bipedestación. Hacia volitivamente impulsado la terapia asistida equilibrio SNEM / SES en un entorno pobre en recursos, presentamos un operador de bajo costo para Mobile Brain / Imagen de Cuerpo (mobi) ^19, hacia la retro-alimentación visual-auditiva que también puede ser utilizado para la recolección de datos de baja sensores de costes para la exploración de datos fuera de línea en MobiLab (véase Ojeda et al. ^20).