Un experimento que utiliza espectroscopía funcional de infrarrojo cercano y movimientos de apuntamiento multiarticular asistidos por robots de la extremidad inferior

Resumen

Se estima que 1 de cada 6 personas en todo el mundo sufrirá un accidente cerebrovascular a lo largo de su vida, lo que le causará una discapacidad a largo plazo, cuyos mecanismos de rehabilitación aún no se conocen bien. Este estudio propone un protocolo para evaluar la activación cerebral mediante espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) durante una sesión de terapia robótica de miembros inferiores.

Resumen

El accidente cerebrovascular afecta aproximadamente a 17 millones de personas en todo el mundo cada año y es una de las principales causas de discapacidad a largo plazo. La terapia robótica ha demostrado ser prometedora para ayudar a los pacientes con accidente cerebrovascular a recuperar las funciones motoras perdidas. Una vía potencial para aumentar la comprensión de cómo se produce la recuperación motora es estudiar la activación cerebral durante los movimientos a los que se dirige la terapia en individuos sanos. La espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) se ha convertido en una técnica de neuroimagen prometedora para examinar los fundamentos neurales de la función motora. Este estudio tuvo como objetivo investigar los correlatos neuronales fNIRS de movimientos complejos de las extremidades inferiores en sujetos sanos. Se pidió a los participantes que realizaran ciclos de descanso y movimiento durante 6 minutos utilizando un dispositivo robótico para la rehabilitación motora. La tarea requería movimientos coordinados de las articulaciones de la rodilla y el tobillo para apuntar a los objetivos que se mostraban en la pantalla de una computadora. Se exploraron dos condiciones experimentales con diferentes niveles de asistencia al movimiento proporcionada por el robot. Los resultados mostraron que el protocolo fNIRS detectó eficazmente regiones cerebrales asociadas con el control motor durante la tarea. En particular, todos los sujetos exhibieron una mayor activación en el área premotora contralateral durante la condición sin asistencia en comparación con la condición asistida. En conclusión, el fNIRS parece ser un enfoque valioso para detectar cambios en la concentración de oxihemoglobina asociados con movimientos multiarticulares de apuntamiento de la extremidad inferior. Esta investigación podría contribuir a la comprensión de los mecanismos de recuperación motora del ictus y podría allanar el camino para mejorar los tratamientos de rehabilitación de los pacientes con ictus. Sin embargo, se necesita más investigación para dilucidar completamente el potencial de fNIRS en el estudio de la función motora y sus aplicaciones en entornos clínicos.

Introducción

Los datos epidemiológicos indican que en todo el mundo hay ~17 millones de nuevos casos de accidente cerebrovascular cada año, con un aumento de la incidencia en los países de ingresos bajos y medianos¹. Se estima que el número de nuevos casos aumentará a 77 millones en 2030². El deterioro motor debido a un accidente cerebrovascular a menudo afecta la movilidad del paciente y su participación en las actividades de la vida diaria, lo que contribuye a una baja calidad de vida. La rehabilitación motora tradicional incluye la terapia manual, pero en las últimas décadas se han desarrollado sistemas robóticos para la rehabilit....

Protocolo

Este estudio fue aprobado por el Comité de Ética local del Centro Universitario Paulista (UNICEP). Todos los participantes dieron su consentimiento informado siguiendo todas las directrices institucionales y las normas federales relativas a la investigación científica con seres humanos. No recibieron ninguna compensación financiera, como lo exigen las regulaciones federales brasileñas.

1. Sistema fNIRS

1. Prepare la tapa utilizando 16 optos: 8 fuentes de luz (760 nm y 850 nm) y 8 detectores de luz (ver Figura 2; ubicación de las fuentes: FC1, FC2, C3, Cz, C4, CP1, CP2 y Pz; ubicación de ....

Discusión

En este estudio de prueba de concepto, se investigó la viabilidad de hacer inferencias sobre el mapeo de la activación cerebral utilizando datos fNIRS de sujetos sanos mientras se ejercitaban con diferentes tipos de movimientos utilizando un robot para la rehabilitación de miembros inferiores. Las sesiones típicas de grabación de fNIRS en adultos duran más de 6 min⁵⁴. Sin embargo, para que las grabaciones sean factibles en el contexto de un entorno de rehabilitación, la duración total del .......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
32 inch Smart TV	Samsung	N/A	TV connected to robot via HDMI cable
8-detector silicon photodiode (SiPD) optodes for optical detection with dual tip	NIRx Medical Technologies (Glen Head, NY, USA)	https://nirx.net/nirsport
8-source optodes bundle for optical illumination with dual tip	NIRx Medical Technologies (Glen Head, NY, USA)	https://nirx.net/nirsport
Aurora acquisition software	NIRx Medical Technologies (Glen Head, NY, USA)	https://nirx.net/nirsport
Laptop Precision XPS 13	Dell Technologies (Round Rock, TX, USA)
nirsLAB fNIRS Analysis software	NIRx Medical Technologies (Glen Head, NY, USA)	https://nirx.net/nirsport
NIRSports2 fNIRS acquisition system	NIRx Medical Technologies (Glen Head, NY, USA)	https://nirx.net/nirsport	It has two different continuous wave optics (760 and 850 nm), 8 dual-ended LED sources and 8 dual-ended active detectors.
R	R-project.org (open source software)	https://www.r-project.org/
Standard cut cap, black color for up to 128 holders.	Easycap GmbH (Wörthsee, Germany)	https://www.easycap.de/
Vivax Assistive Rehabilitation Machine (ARM)	Vivax Ltda (São Paulo, Brazil)	https://vivaxbr.com/home/	It is a portable robot designed to deliver lower limb rehabilitation. It has a 3D reachable workspace and is compact and light, weighing about 35 lb., which makes it easy to transport and to install.