Эксперимент с использованием функциональной ближней инфракрасной спектроскопии и роботизированных многосуставных точечных движений нижней конечности

Резюме

Подсчитано, что у 1 из 6 человек во всем мире в течение жизни случается инсульт, приводящий к длительной инвалидности, механизмы реабилитации которого до сих пор плохо изучены. В этом исследовании предлагается протокол для оценки активации мозга с помощью функциональной спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS) во время сеанса роботизированной терапии нижних конечностей.

Аннотация

Ежегодно от инсульта страдают около 17 миллионов человек во всем мире и он является одной из основных причин длительной инвалидности. Роботизированная терапия показала многообещающие результаты в оказании помощи пациентам с инсультом в восстановлении утраченных двигательных функций. Одним из потенциальных путей для углубления понимания того, как происходит восстановление моторики, является изучение активации мозга во время движений, на которые нацелена терапия у здоровых людей. Функциональная спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS) стала многообещающим методом нейровизуализации для изучения нейронных основ двигательной функции. Целью данного исследования было изучение нейронных коррелятов сложных движений нижних конечностей у здоровых испытуемых. Участникам было предложено выполнять циклы отдыха и движения в течение 6 минут, используя роботизированное устройство для двигательной реабилитации. Задание требовало скоординированных движений коленного и голеностопного суставов, чтобы указывать на цели, отображаемые на экране компьютера. Были исследованы два экспериментальных условия с разным уровнем помощи в движении, предоставляемой роботом. Результаты показали, что протокол fNIRS эффективно выявлял области мозга, связанные с моторным контролем во время выполнения задания. Примечательно, что у всех испытуемых наблюдалась большая активация в контралатеральной премоторной области во время отсутствия помощи по сравнению с вспомогательным состоянием. В заключение, fNIRS представляется ценным подходом для выявления изменений концентрации оксигемоглобина, связанных с многосуставными точечными движениями нижней конечности. Это исследование может способствовать пониманию механизмов восстановления после инсульта и может проложить путь к улучшению реабилитационных методов лечения пациентов с инсультом. Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью прояснить потенциал fNIRS в изучении двигательной функции и ее применение в клинических условиях.

Введение

Эпидемиологические данные свидетельствуют о том, что ежегодно во всем мире регистрируется ~17 миллионов новых случаев инсульта, при этом рост заболеваемости наблюдается^{в странах с} низким и средним уровнем дохода1. По оценкам, к 2030 г. число новых случаев заболевания увеличится до 77 миллионов². Двигательные нарушения, вызванные инсультом, часто влияют на подвижность пациента и его участие в повседневной жизни, способствуя низкому качеству жизни. Традиционная двигательная реабилитация включает в себя мануальную терапию, но за последние несколько десятилетий были разработаны роботизированные системы для реабилитации. Эти ....

протокол

Это исследование было одобрено местным Советом по этике ЮНИСЕП (Centro Universitario Paulista). Все участники предоставили информированное согласие в соответствии со всеми институциональными рекомендациями и федеральными нормами, касающимися научных исследований с участием людей. Они не получили никакой финансовой компенсации, как того требуют федеральные законы Бразилии.

1. Система fNIRS

1. Подготовьте колпачок с помощью 16 оптодов: 8 источников света (760 нм и 850 нм) и 8 детекторов света (см. рис. 2; расположение источников: FC1, FC2, C3, Cz, C4, CP1, CP2 и Pz; расположение детекторов....

Результаты

Все шесть испытуемых завершили оба эксперимента. В условиях отсутствия помощи каждый субъект завершил в среднем 76,67 испытания (стандарт 10,73) (обратите внимание, что для каждого субъекта количество испытаний зависело от количества успешных достижений, поскольку новая цель показывалась .......

Обсуждение

В этом экспериментальном исследовании была изучена возможность делать выводы о картировании активации мозга с использованием данных fNIRS у здоровых испытуемых, когда они выполняли различные типы движений с использованием робота для реабилитации нижних конечностей. Типичные сеансы за.......

Материалы

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.