Leistung der motorischen Bildgebung durch verkörperte digitale Zwillinge in einer Virtual-Reality-fähigen Gehirn-Computer-Schnittstellenumgebung

Zusammenfassung

Motorische Bilder in einer Virtual-Reality-Umgebung haben breite Anwendungen in Gehirn-Computer-Schnittstellensystemen. Dieses Manuskript beschreibt die Verwendung personalisierter digitaler Avatare, die den Teilnehmern ähneln, die Bewegungen ausführen, die sich der Teilnehmer in einer Virtual-Reality-Umgebung vorstellt, um die Immersion und das Gefühl der Körperverantwortung zu verbessern.

Zusammenfassung

Diese Studie stellt ein innovatives Framework für die neurologische Rehabilitation vor, indem sie Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) und Virtual-Reality-Technologien (VR) mit der Anpassung von dreidimensionalen (3D) Avataren integriert. Traditionelle Rehabilitationsansätze können die Patienten oft nicht vollständig einbeziehen, vor allem aufgrund ihrer Unfähigkeit, ein tief immersives und interaktives Erlebnis zu bieten. Diese Forschung versucht, diese Lücke durch den Einsatz von motorischen Vorstellungstechniken (MI) zu schließen, bei denen die Teilnehmer körperliche Bewegungen ohne tatsächliche Ausführung visualisieren. Diese Methode nutzt die neuronalen Mechanismen des Gehirns und aktiviert Bereiche, die an der Bewegungsausführung beteiligt sind, wenn sie sich Bewegungen vorstellt, und erleichtert so den Erholungsprozess. Die Integration der immersiven Fähigkeiten von VR mit der Präzision der Elektroenzephalographie (EEG) zur Erfassung und Interpretation der Gehirnaktivität, die mit imaginären Bewegungen verbunden ist, bildet den Kern dieses Systems. Digitale Zwillinge in Form von personalisierten 3D-Avataren werden eingesetzt, um das Gefühl des Eintauchens in die virtuelle Umgebung deutlich zu verbessern. Dieses gesteigerte Gefühl der Verkörperung ist entscheidend für eine effektive Rehabilitation, die darauf abzielt, die Verbindung zwischen dem Patienten und seinem virtuellen Gegenüber zu stärken. Auf diese Weise zielt das System nicht nur darauf ab, die Leistung der motorischen Bilder zu verbessern, sondern auch ein ansprechenderes und effektiveres Rehabilitationserlebnis zu bieten. Durch die Echtzeitanwendung von BCI ermöglicht das System die direkte Übersetzung von imaginären Bewegungen in virtuelle Aktionen, die vom 3D-Avatar ausgeführt werden, und bietet dem Benutzer ein unmittelbares Feedback. Diese Rückkopplungsschleife ist wichtig, um die neuronalen Bahnen zu stärken, die an der motorischen Kontrolle und Erholung beteiligt sind. Das ultimative Ziel des entwickelten Systems ist es, die Effektivität von motorischen Vorstellungsübungen deutlich zu verbessern, indem sie interaktiver und reaktionsfähiger auf die kognitiven Prozesse des Benutzers gemacht werden, um damit einen neuen Weg im Bereich der neurologischen Rehabilitation zu ebnen.

Einleitung

Die Rehabilitationsparadigmen für Patienten mit neurologischen Beeinträchtigungen durchlaufen einen transformativen Wandel mit der Integration fortschrittlicher Technologien wie Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) und immersiver virtueller Realität (VR), die eine nuanciertere und effektivere Methode zur Förderung der Genesung bieten. Motor Imagery (MI), die Technik, die das Herzstück der BCI-basierten Rehabilitation bildet, beinhaltet das mentale Einüben körperlicher Bewegungen ohne tatsächliche motorische Ausführung¹. MI nutzt einen neuronalen Mechanismus, bei dem die Vorstellung einer Bewegung ein Muster der Gehirnaktivität auslöst, das dem ....

Protokoll

Die aktuelle Studie zielt darauf ab, die Machbarkeit der Steuerung eines 3D-Avatars in Echtzeit innerhalb einer VR-Umgebung mit Hilfe von MI-Signalen zu untersuchen, die per EEG aufgezeichnet werden. Die Studie konzentriert sich auf die Verbesserung der Immersion und des Gefühls des Körperbesitzes, indem der Avatar so personalisiert wird, dass er dem Motiv sehr ähnlich ist. Das Protokoll wurde vom Vellore Institute of Technology Review Board genehmigt. Die Teilnehmer gaben eine schriftliche Einverständniserklärung ab, nachdem sie den Zweck, die Verfahren und die potenziellen Risiken der Studie überprüft hatten.

1. Versuchsaufbau

Diskussion

Die Anwendung von MI in Verbindung mit der VR-Technologie bietet einen vielversprechenden Weg für die Rehabilitation, indem die natürlichen Mechanismen des Gehirns für die motorische Planung und Ausführung genutzt werden. Die Fähigkeit von MI, eine ereigniskorrelierte Desynchronisation in spezifischen Gehirnfrequenzbändern zu induzieren, die die neuronale Aktivität körperlicher Bewegung widerspiegelt ^2,3,4, bietet einen .......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alienware Laptop	Dell		High-end gaming laptop with GTX1070 Graphics Card
Oculus Rift-S VR headset	Meta		VR headset
OpenBCI Cyton Daisy	OpenBCI		EEG system
OpenBCI Gel-free cap	OpenBCI		Gel-free cap for placing the EEG electrodes over the participant's scalp