Prestazioni delle immagini motorie attraverso gemelli digitali incorporati in un ambiente di interfaccia cervello-computer abilitato alla realtà virtuale

Summary

L'immaginazione motoria in un ambiente di realtà virtuale ha ampie applicazioni nei sistemi di interfaccia cervello-computer. Questo manoscritto delinea l'uso di avatar digitali personalizzati che assomigliano ai partecipanti che eseguono movimenti immaginati dal partecipante in un ambiente di realtà virtuale per migliorare l'immersione e il senso di proprietà del corpo.

Abstract

Questo studio introduce un framework innovativo per la riabilitazione neurologica integrando le tecnologie di interfacce cervello-computer (BCI) e realtà virtuale (VR) con la personalizzazione di avatar tridimensionali (3D). Gli approcci tradizionali alla riabilitazione spesso non riescono a coinvolgere pienamente i pazienti, principalmente a causa della loro incapacità di fornire un'esperienza profondamente immersiva e interattiva. Questa ricerca cerca di colmare questa lacuna utilizzando tecniche di imaging motorio (MI), in cui i partecipanti visualizzano movimenti fisici senza un'esecuzione effettiva. Questo metodo sfrutta i meccanismi neurali del cervello, attivando le aree coinvolte nell'esecuzione del movimento quando si immaginano i movimenti, facilitando così il processo di recupero. L'integrazione delle capacità immersive della realtà virtuale con la precisione dell'elettroencefalografia (EEG) per catturare e interpretare l'attività cerebrale associata ai movimenti immaginati costituisce il cuore di questo sistema. I Digital Twin sotto forma di avatar 3D personalizzati vengono utilizzati per migliorare significativamente il senso di immersione all'interno dell'ambiente virtuale. Questo accresciuto senso di incarnazione è fondamentale per una riabilitazione efficace, con l'obiettivo di rafforzare la connessione tra il paziente e la sua controparte virtuale. In questo modo, il sistema non solo mira a migliorare le prestazioni delle immagini motorie, ma cerca anche di fornire un'esperienza di riabilitazione più coinvolgente ed efficace. Attraverso l'applicazione in tempo reale di BCI, il sistema consente di tradurre direttamente i movimenti immaginati in azioni virtuali eseguite dall'avatar 3D, offrendo un feedback immediato all'utente. Questo ciclo di feedback è essenziale per rafforzare i percorsi neurali coinvolti nel controllo motorio e nel recupero. L'obiettivo finale del sistema sviluppato è quello di migliorare significativamente l'efficacia degli esercizi di imaging motorio rendendoli più interattivi e reattivi ai processi cognitivi dell'utente, aprendo così un nuovo percorso nel campo della riabilitazione neurologica.

Introduction

I paradigmi riabilitativi per i pazienti con disabilità neurologiche stanno subendo un cambiamento trasformativo con l'integrazione di tecnologie avanzate come le interfacce cervello-computer (BCI) e la realtà virtuale immersiva (VR), offrendo un metodo più sfumato ed efficace per favorire il recupero. L'immaginazione motoria (MI), la tecnica al centro della riabilitazione basata sulla BCI, prevede la prova mentale di movimenti fisici senza un'effettiva esecuzione motoria¹. L'infarto miocardico sfrutta un meccanismo neurale in cui l'immaginazione di un movimento innesca un modello di attività cerebrale che rispecchia da vicino quello dell'esecu....

Protocol

Il presente studio mira a indagare la fattibilità del controllo di un avatar 3D in tempo reale all'interno di un ambiente VR utilizzando segnali MI registrati tramite EEG. Lo studio si concentra sul miglioramento dell'immersione e del senso di proprietà del corpo personalizzando l'avatar per assomigliare molto al soggetto. Il protocollo ha ricevuto l'approvazione dal Vellore Institute of Technology Review Board. I partecipanti hanno fornito il consenso informato scritto dopo aver esaminato lo scopo, le procedure e i po.......

Discussion

L'applicazione dell'infarto miocardico in combinazione con la tecnologia VR offre una strada promettente per la riabilitazione sfruttando i meccanismi naturali del cervello per la pianificazione e l'esecuzione motoria. La capacità dell'MI di indurre la desincronizzazione correlata agli eventi in specifiche bande di frequenza cerebrali, rispecchiando l'attività neurale del movimento fisico ^2,3,4, fornisce un quadro robusto per .......

Materials

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