Performance d’imagerie motrice à travers des jumeaux numériques incarnés dans un environnement d’interface cerveau-ordinateur basé sur la réalité virtuelle

Résumé

L’imagerie motrice dans un environnement de réalité virtuelle a de nombreuses applications dans les systèmes d’interface cerveau-ordinateur. Ce manuscrit décrit l’utilisation d’avatars numériques personnalisés qui ressemblent aux participants exécutant des mouvements imaginés par le participant dans un environnement de réalité virtuelle afin de renforcer l’immersion et le sentiment d’appartenance corporelle.

Résumé

Cette étude introduit un cadre innovant pour la réadaptation neurologique en intégrant les technologies d’interfaces cerveau-ordinateur (ICM) et de réalité virtuelle (RV) avec la personnalisation d’avatars tridimensionnels (3D). Les approches traditionnelles de la réadaptation ne parviennent souvent pas à impliquer pleinement les patients, principalement en raison de leur incapacité à offrir une expérience profondément immersive et interactive. Cette recherche s’efforce de combler cette lacune en utilisant des techniques d’imagerie motrice (IM), où les participants visualisent des mouvements physiques sans exécution réelle. Cette méthode capitalise sur les mécanismes neuronaux du cerveau, activant les zones impliquées dans l’exécution du mouvement lors de l’imagination des mouvements, facilitant ainsi le processus de récupération. L’intégration des capacités immersives de la RV avec la précision de l’électroencéphalographie (EEG) pour capturer et interpréter l’activité cérébrale associée à des mouvements imaginaires constitue le cœur de ce système. Les jumeaux numériques sous la forme d’avatars 3D personnalisés sont utilisés pour améliorer considérablement le sentiment d’immersion dans l’environnement virtuel. Ce sentiment accru d’incarnation est crucial pour une réadaptation efficace, visant à renforcer le lien entre le patient et son homologue virtuel. Ce faisant, le système vise non seulement à améliorer les performances de l’imagerie motrice, mais aussi à offrir une expérience de réadaptation plus attrayante et plus efficace. Grâce à l’application en temps réel de BCI, le système permet de traduire directement des mouvements imaginés en actions virtuelles effectuées par l’avatar 3D, offrant un retour immédiat à l’utilisateur. Cette boucle de rétroaction est essentielle pour renforcer les voies neuronales impliquées dans le contrôle moteur et la récupération. L’objectif ultime du système développé est d’améliorer considérablement l’efficacité des exercices d’imagerie motrice en les rendant plus interactifs et réactifs aux processus cognitifs de l’utilisateur, ouvrant ainsi une nouvelle voie dans le domaine de la réadaptation neurologique.

Introduction

Les paradigmes de réadaptation des patients atteints de troubles neurologiques subissent un changement transformateur grâce à l’intégration de technologies avancées telles que les interfaces cerveau-ordinateur (BCI) et la réalité virtuelle immersive (VR), offrant une méthode plus nuancée et plus efficace pour favoriser le rétablissement. L’imagerie motrice (IM), la technique au cœur de la réadaptation basée sur l’ICM, implique la répétition mentale de mouvements physiques sans exécution motrice réelle¹. L’IM exploite un mécanisme neuronal où l’imagination d’un mouvement déclenche un modèle d’activité cérébrale qui reflète étroitement celui de l....

Protocole

L’étude actuelle vise à étudier la faisabilité de contrôler un avatar 3D en temps réel dans un environnement VR à l’aide de signaux MI enregistrés via EEG. L’étude se concentre sur l’amélioration de l’immersion et du sentiment de propriété corporelle en personnalisant l’avatar pour qu’il ressemble de près au sujet. Le protocole a reçu l’approbation du Conseil d’examen du Vellore Institute of Technology. Les participants ont fourni un consentement éclairé écrit après avoir examiné l’objectif de l’étude, les procédures et les risques potentiels.

1. Dispositif expérimental

REMARQUE : Assurez-vous que ....

Discussion

L’application de l’EM en conjonction avec la technologie VR offre une voie prometteuse pour la réadaptation en exploitant les mécanismes naturels du cerveau pour la planification et l’exécution motrices. La capacité de l’IM à induire une désynchronisation liée à un événement dans des bandes de fréquences cérébrales spécifiques, reflétant l’activité neuronale du mouvement physique ^2,3,4, fournit un cadre.......

matériels

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