Abstract
Un ictus è causato quando una arteria che trasporta il sangue dal cuore a un'area del cervello scoppia o un coagulo ostruisce il flusso di sangue al cervello, impedendo in tal modo la consegna di ossigeno e nutrienti. Circa la metà dei sopravvissuti ictus sono lasciati con un certo grado di disabilità. Metodologie innovative per neuroriabilitazione restaurativa sono urgentemente necessarie per ridurre la disabilità a lungo termine. La capacità del sistema nervoso di riorganizzare la sua struttura, la funzione e le connessioni in risposta a stimoli intrinseci o estrinseci è chiamato TG. Neuroplasticità è coinvolto in post-ictus disturbi funzionali, ma anche nella riabilitazione. cambiamenti neuroplastici benefici possono essere agevolate con elettroterapia non invasiva, come la stimolazione neuromuscolare elettrica (NMES) e la stimolazione elettrica sensoriale (SES). NMES comporta la stimolazione elettrica dei nervi coordinata a motore e dei muscoli per attivarli con continue brevi impulsi di corrente elettrica mentre SES invostimolazione lves di nervi sensoriali con corrente elettrica causando sensazioni che variano da appena percettibile a altamente sgradevole. Qui, la partecipazione attiva corticale in procedure di riabilitazione può essere facilitata dalla guida del elettroterapia non invasiva con biosegnali (elettromiografia (EMG), elettroencefalogramma (EEG), elettrooculogramma (EOG)) che rappresentano simultanea percezione attiva e lo sforzo volitivo. Per raggiungere questo obiettivo in un ambiente povero di risorse, ad esempio, nei paesi a basso e medio reddito, vi presentiamo un basso costo uomo-macchina-interfaccia (HMI), sfruttando i recenti progressi in off-the-shelf tecnologia dei sensori di videogiochi. In questo lavoro, si discute l'interfaccia del software open-source che integra a basso costo sensori off-the-shelf per biofeedback visivo-uditivo con elettroterapia non invasiva per assistere controllo posturale durante equilibrio riabilitazione. Dimostriamo il proof-of-concept su volontari sani.
Introduction
Un episodio di disfunzione neurologica causata da cerebrale focale, spinale, o infarto retina è chiamato ictus 1. L'ictus è un problema di salute globale e quarta causa di disabilità in tutto il mondo 1. In paesi come l'India e la Cina, le due nazioni più popolose del mondo, disabilità neurologica a causa di ictus è stato etichettato come epidemia nascosta 2. Una delle complicanze mediche più comune dopo un ictus sono cascate con una incidenza fino al 73% nel primo anno post-ictus 3. Il calo post-ictus è multifattoriale e comprende sia fattori spinali e sopraspinali come equilibrio e visuospaziali abbandono 4. Una revisione da Geurts e colleghi 5 identificati 1) multi-direzionale compromessa peso massimo spostamento durante la standing bipedi, 2) a bassa velocità, 3) imprecisioni direzionali, e 4) piccole ampiezze di spostamento del peso piano frontale sub-massimale singole e ciclici come l'equilibrio fattori per l'autunno risk. Il conseguente impatto sulle attività della vita quotidiana può essere significativo in quanto opere precedenti hanno dimostrato che l'equilibrio è associata con la capacità ambulatoriale e l'indipendenza nella funzione motoria lorda 5, 6. Inoltre, Geurts e colleghi hanno suggerito che 5 sovraspinale integrazione multisensoriale (e muscolare coordinamento 7) in aggiunta alla forza muscolare è fondamentale per il recupero di equilibrio che manca attuali protocolli. Verso l'integrazione multisensoriale, la nostra ipotesi 8 su elettroterapia non invasiva volitionally guidato (NMES / SES) è che questo comportamento adattivo può essere modellato e facilitato modulando percezione attiva di input sensoriali durante il movimento ESNM / SES-assistita dell'arto interessato in modo tale che il cervello può integrare questo feedback in uscita successivo movimento con l'assunzione di vie motorie alternative 9, se necessario.
Per raggiungere volitionally guidato la formazione del bilancio ESNM / SES-assistita in una risorsa-poor impostazione, a basso costo uomo-macchina-interfaccia (HMI) è stato sviluppato sfruttando disponibile un software open-source e recenti progressi in off-the-shelf videogioco tecnologia dei sensori per il biofeedback visivo-uditiva. NMES comporta la stimolazione elettrica coordinato di nervi e muscoli che ha dimostrato di migliorare la forza muscolare e ridurre la spasticità 10. Inoltre, SES comporta la stimolazione dei nervi sensoriali con la corrente elettrica per evocare sensazioni dove preliminare lavoro pubblicato 11 ha dimostrato che la stimolazione subsensory applicato sui muscoli tibiale anteriore da solo è efficace nell'attenuare oscillazioni posturali. Qui, l'operatore renderà possibile l'integrazione sensoriale-motoria durante la terapia equilibrio post-ictus interattivo dove volitionally-driven ESNM / SES per i muscoli della caviglia agiranno come un amplificatore muscolare (con NMES), così come migliorare il feedback afferente (con SES) per assistere le strategie caviglia sani 12,13,14 per mantenere la posizione eretta durante ondeggia posturali. Questo èbasata sull'ipotesi presentato in Dutta et al. 8 che un aumento dell'eccitabilità corticospinale dei muscoli della caviglia pertinenti effettuate attraverso elettroterapia non invasiva può prestarsi a una migliore modulazione sovraspinale di rigidità della caviglia. In effetti, il lavoro precedente ha mostrato che ESNM / SES suscita cambiamenti duraturi in eccitabilità corticospinale, probabilmente a causa di motori co-attivazione e le fibre sensoriali 15,16. Inoltre, Khaslavskaia e Sinkjaer 17 hanno dimostrato negli esseri umani tale unità corticale motore concorrente presente al momento della NMES / SES esaltata corticale motore eccitabilità. Pertanto, volitionally-driven ESNM / SES può indurre neuroplasticità a breve termine in riflessi spinali (ad esempio, l'inibizione Ia reciproca 17) dove i neuroni cortico che proiettano tramite vie discendenti di un determinato pool motoneuroni possono inibire la piscina motoneuroni antagonista tramite interneuroni Ia-inibitori in esseri umani 18, come mostrato in figura 1, verso una ocondizionata paradigma perant (vedi Dutta et al. 8).
Figura 1: Il concetto (. Dettagli a Dutta et al 21) sottostante interfaccia uomo-macchina interattiva (HMI) per guidare il centro di pressione (COP) cursore sul bersaglio cued di migliorare il coordinamento muscolare caviglia sotto stimolazione elettrica neuromuscolare volitionally guidato (NMES) -assistita terapia equilibrio visuomotorio EEG:. elettroencefalografia, MN: α-motoneurone, IN: interneurone Ia-inibitorio, EMG: elettromiografia, DRG: dorsali radice gangliari. Tratto da 8 e 37. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Il antero-posteriore (AP) spostamenti nel centro di massa (COM) vengono eseguiteda plantarflexors caviglia (come mediale gastrocnemio e soleo) e dorsiflessori (come il muscolo tibiale anteriore) mentre medio-laterale (ML) spostamenti vengono eseguite da invertitori caviglia (come il muscolo tibiale anteriore) e evertors (come peroneo lungo e brevis muscoli). Di conseguenza, i danni alla caviglia ictus correlati tra cui la debolezza della caviglia flessori dorsali muscoli e aumento della spasticità della caviglia plantarflexor muscoli portano a controllo posturale compromessa. Qui, i programmi di formazione agilità 6 può essere sfruttato in una realtà virtuale (VR) piattaforma di gioco based che sfidano l'equilibrio dinamico, in cui le attività sono progressivamente aumentati in difficoltà che può essere più efficace di allungamento programma di esercizio statico / spostamento del peso nella prevenzione delle cadute 6. Ad esempio, i soggetti in grado di eseguire volitionally guidato AP assistito NMES / SES e spostamenti ML durante un compito equilibrio visuomotorio dinamico in cui la difficoltà può essere aumentata progressivamente a Amelpost-ictus specifici problemi di controllo alla caviglia iorate di spostamento del peso durante piedi bipede. Verso NMES / SES terapia equilibrio assistito volitionally guidato in un ambiente povero di risorse, vi presentiamo un basso costo HMI per il Mobile del cervello / corpo Imaging (MoBI) 19, in direzione biofeedback visivo-uditiva che può essere utilizzato anche per la raccolta dati dal basso I sensori di costo per l'esplorazione dei dati in linea in Mobilab (vedi Ojeda et al. 20).
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Protocol
Nota: La pipeline software HMI è stato sviluppato sulla base liberamente disponibili software open-source e off-the-shelf sensori di video a basso costo di gioco (i dettagli sono disponibili presso: https://team.inria.fr/nphys4nrehab/software/ e https: //github.com/NeuroPhys4NeuroRehab/JoVE). Il software HMI gasdotto è previsto per la raccolta dei dati durante un compito portata funzionale modificata (mFRT) 21 in una piattaforma di gioco basata VR per la terapia equilibrio visuomotorio (VBT) 8.
Figura 2a mostra la configurazione occhio inseguitore diagnostica in cui le caratteristiche sguardo vengono estratti non in linea per la quantificazione del post-ictus funzione residua in modo che il feedback visivo in VR può essere personalizzato di conseguenza.
Figura 2b mostra la configurazione sperimentale per VBT.
Figura 2: (
Installazione 1. software per telefoni cervello / corpo Imaging Durante VBT
- Installare i driver per il Cap Movimento(procedure di installazione offerti da https://code.google.com/p/labstreaminglayer/wiki/KinectMocap) ture
- Scaricare e installare Kinect Runtime da http://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=253187 (sensore di movimento di acquisizione non dovrebbe essere inserito in una delle porte USB del computer).
- Collegare il sensore di movimento Capture alimentato in una porta USB tramite il cavo di interfaccia. I driver vengono caricati automaticamente.
- Installare i driver per il Tracker sensore Eye (procedure di installazione fornite a http://github.com/esdalmaijer/EyeTribe-Toolbox-for-Matlab )
- Scarica il software dal http://theeyetribe.com, lanciare l'applicazione e lanciare l'applicazione per installare il software (sensore Eye Tracker non deve essere collegato a una delle porte USB del computer).
- Plug In Tracker sensore Eye alimentato ei driver verranno caricati automaticamente.
- Insttutti i driver per la Balance Board (procedure di installazione fornite a (procedure di installazione offerti da http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/cu_wii.html)
- Scaricare ed estrarre CU_WiiBB.zip da http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/CU_WiiBB.zip
- Copiare la cartella WiiLab di directory Programmi di serie del sistema operativo Microsoft Window.
- Aprire la cartella WiiLab nella directory Programmi ed eseguire come amministratore il file InstallWiiLab.bat di installare la Balance Board.
- Installare i driver per EEG / EOG (procedure di installazione offerti da http://openvibe.inria.fr/how-to-connect-emotiv-epoc-with-openvibe/)
- Scaricare e installare Emotiv SDK da http://www.emotiv.com/apps/sdk/209/
- Scaricare e installare OpenViBE Acquisition Server con labstreaminglayer (LSL) da https://code.google.com/p/labstreaminglayer/downloads/detail?name=OVAS-withLSL-0.14.3-3350-svn.zip per distribuita multi-SEtrasporto del segnale, la sincronizzazione dell'ora e la raccolta di dati di sistema nsor (procedure di installazione forniti da https://code.google.com/p/labstreaminglayer/).
- Installare i driver per la NMES stimolatore commerciale (dettagli a http://www.vivaltis.com/gammes/phenix/phenix-usb-neo-50-554-1.html#content).
2. a basso costo Posizionamento del sensore per il Mobile del cervello / corpo Imaging (MoBI): The Open-source Software HMI Pipeline Fornisce mobile cervello / corpo Imaging (MoBI) 19 con basso costo Off-The-Shelf sensori (Figura 2b), che può essere adattato per altri programmi di formazione agilità.
- Feedback visivo per MoBI:
- Iniziare ottenendo uno schermo di proiezione per visualizzare il biofeedback visivo ad una estremità della camera (consigliata la distanza dal soggetto 0,6 m).
- Regolare l'altezza in modo che il centro dello schermo sarà ai soggetti degli occhi.
- Motion Capture per MoBI:
- Posizionare il ca movimentopture sensore di fronte dello schermo di proiezione, e puntate al volume di motion capture.
- Verificare che il volume della cattura movimento è 1,5 me 2,5 m davanti al sensore motion capture.
- Balance Board Posizionamento per MoBI:
- Posizionare la Balance Board per terra, a circa 2,0 m di distanza dal sensore di motion capture.
- Lasciare spazio sufficiente intorno alla Balance Board per garantire il movimento di tutto il corpo (ad esempio, durante modificato compito portata funzionale 21).
- EEG / EMG EOG sensore / Posizionamento per MoBI
- Chiedere al soggetto di sedersi su una sedia di fronte motion capture e con i piedi sulla Balance Board.
- Posizionare il (EMG) stimolazione cum registrazione (NMES / SES) Elettrodi bilateralmente sui muscoli gastrocnemio mediale (MG) e tibiale anteriore (TA) del soggetto. Poi, collegarli allo stimolatore elettrico sistema wireless (NMES / SES).
- Posizionare il (EEG) tappo elettroencefalogramma sul temas testa in seguito alla Internazionale 10 - 20 del sistema. Poi, posizionare gli elettrodi EEG con pasta conduttiva a -Fz, C3, Cz, C4, P3, Pz, P4, PO7, Oz, PO8 - prima di collegarli alle cuffie EEG wireless.
- Inserire due elettrodi EEG con pasta conduttiva sopra e sotto uno degli occhi per EOG verticale e mettere due elettrodi con pasta conduttiva al canto esterno di ciascun occhio per EOG orizzontale. (Nota: Nel caso in cui il sensore Eye Tracker non è utilizzato nel soggetto post-ictus EOG poi bilaterale è preferibile).
- Inserire due elettrodi EEG su lobi delle orecchie come elettrodi di riferimento.
3. Eye Tracker Based Evaluation di post-ictus movimenti oculari Pursuit
- Chiedere al soggetto di sedersi con il mento appoggiato comodamente sul regolabile in altezza mentoniera. Poi, sollevare il monitor del computer ad un'altezza comoda tale che gli occhi sono all'incirca rivolti verso il centro del monitor del computer (Figura 2a).
- Posizionare la R Eye Tracker di allenamento intenso e 50 cm dalla mentoniera e chiedere al soggetto di guardare direttamente il monitor del computer per segnali visivi.
- Eseguire EyeTribeWinUI.exe nella cartella 'SmartEye' per calibrare il sensore Eye Tracker. Il soggetto verrà chiesto di guardare ai vari target sul monitor del PC per circa 2 secondi ciascuno. Un tipico processo di calibrazione utente richiede circa 20 secondi per completare. L'(x, y) le coordinate del punto sguardo del soggetto sono registrati per i diversi target cued per la calibrazione.
- Run 'Visual_Stimulus.exe' nella cartella SmartEye per eseguire l'interfaccia basata su realtà virtuale. Successivamente eseguire il programma 'SmartEye.exe' presente nella cartella 'SmartEye' di acquisire i dati lo sguardo degli occhi dei soggetti che è sincronizzato con il compito a base di realtà virtuale. Tali dati saranno utilizzati per la valutazione di post-stroke movimento inseguimento degli occhi.
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Figura 3: (a) cursore che rappresenta il centro di pressione (COP) che deve essere volitionally guidato al target cued durante la terapia equilibrio visuomotorio, (b) protocollo di terapia equilibrio visuomotori in cui il soggetto guida il cursore del computer a un target periferici guidato da volitionally generato escursioni poliziotto. Il ripristino può essere assistito con neuromuscolare stimolazione elettrica (NMES) e la stimolazione elettrica sensoriale (SES), (c) messa a punto sperimentale per la terapia di equilibrio visuomotorio visivamente-cued. Tratto da 8 e 37. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
4. NMES / SES-Assisted visuomotori Balance Therapy (VBT) sotto MoBI
- Collegare l'eye-tracker e bilanciare sensori di bordo al computer feedback visivo (Fifigura 2).
- Assicurarsi che il sensore Eye Tracker è acceso, collegato al computer e che si è avviato completamente. Avviare il 'EyeTribe server.exe' e 'EyeTribeWinUI.exe' disponibile nella cartella 'VBT' (vedere i passaggi 1.3).
- Assicurarsi che il sensore Balance Board è acceso. Quindi, premere il pulsante sul sensore Balance Board per rendere il telecomando rilevabile nel menu. Quindi, fare clic sull'icona Mostra o nascondi nella barra delle applicazioni del sistema e cliccare sull'icona del dispositivo Bluetooth. Quindi, fare clic sull'opzione 'Aggiungi un dispositivo' e abbinare il sensore Balance Board come dispositivo Bluetooth senza utilizzare il codice al computer feedback visivo. Una volta che il sensore Balance Board è collegata al computer feedback visivo, aprire la cartella 'VBT' ed eseguire il file WiiBBinterface.m di stabilire interfaccia del sensore Matlab- Balance Board (vedere i passaggi 1.6).
- Assicurarsi che il sensore di movimento Capture è accesa, collegata al computer e cheha pienamente avviato (c'è un LED sul frontale verde). Aprire la cartella LSL e avviare il software 'Mocap' per iniziare lo streaming dei dati del sensore di motion capture (vedere i passaggi 1.6).
- Assicurarsi che i sistemi di acquisizione dati EEG / EOG siano accesi. Quindi, fare doppio clic sul openvibe-acquisizione-server-withlsl.cmd disponibile nella cartella LSL (vedere i passaggi 1.6). Dal menu, selezionare l'hardware del sensore (ad esempio, 'Emotiv EPOC') e configurare il modulo, se necessario, cliccando su 'Proprietà Driver'. Quindi, fare clic su 'Connect', e poi cliccare su 'Play' per avviare il server di acquisizione.
- Calibrare i sensori per VBT
- Chiedi il post-ictus soggetti a stare sulla Balance Board con imbracatura di sicurezza (e il supporto del peso corporeo parziale, se necessario).
- Impostare un livello minimo di base ESNM (pulse-width e livello di corrente) necessario per la stazione eretta in base alle osservazioni cliniche (es.,Supporto di peso pari a zero corporeo) 22. Per impostare il livello minimo basale ESNM, si può impostare la frequenza di stimolazione a 20 Hz e quindi aumentare la larghezza di impulso e / o il livello corrente fino al raggiungimento della stazione eretta. Qui, NMES degli estensori del ginocchio è necessaria per generare una coppia sufficiente per impedire instabilità del ginocchio.
- Chiedere al soggetto di eseguire vari movimenti portata che colpisce CoM e CoP posizione.
- Eseguire il programma 'CalibSensors.m' disponibile nella cartella 'DataCollect' al fine di raccogliere dati di calibrazione multi-sensore mentre il soggetto compie vari movimenti di auto-avviato estensione max in direzioni diverse che influenzano centro di massa (COM) e centro di pressione (CoP) posizione sul feedback visivo.
5. multi-sensore di raccolta dati da sensori a basso costo Durante la brachiterapia (figura 2b)
- Eseguire il programma 'CollectBaseline.m' nella cartella 'DataCollect' di raccogliere riposo basale-Stato, occhi aperti, multisensore dati chiedendo al soggetto di rimanere fermo per 2 min, mentre guardando dritto al bersaglio CoP sul monitor del PC (Figura 3a).
- Collegare l'uscita video del computer feedback visivo per lo schermo di proiezione ed eseguire il file SmartEyeVRTasks.exe nella cartella 'VBT' nel computer feedback visivo per avviare la GUI SmartEyeVRTasks. Inoltre, eseguire il programma 'CollectVBT.m' nella cartella 'DataCollect' per raccogliere i dati del sensore durante la VBT.
- Dalla stazione eretta, chiamata la fase di 'hold Central', chiedere al soggetto di evitare il cursore, guidato dal CoP, il più velocemente possibile verso il bersaglio periferico presentato in modo casuale, come cued dal feedback visivo (Figura 3b).
- A seguito di questa fase di 'Move', chiedere al soggetto di tenere il cursore nella posizione di destinazione per 1 sec durante la fase di 'Peripheral hold'.
- Dopo la fase di 'Peripheral hold', il cursore ' ; Reset 'di nuovo al centro quando il soggetto ha bisogno di tornare a piedi in posizione verticale - la' posizione di attesa Centrale '. ESNM / SES viene attivato per il muscolo quando il suo livello di EMG supera una soglia impostata per aiutare lo sforzo volitivo necessario per restituire il CoP in posizione di 'hold Centrale'.
Nota: La difficoltà del mFRT può essere aumentato riducendo il guadagno,
, O aumentando la varianza di rumore, 
, Nel raggio d'azione praticabile specifici soggetti: 
dove le escursioni Cop,
, Guidare il cursore del computer, 
, Nel tempo discretizzata, 
, Con passo temporale,il 7 "src =" / files / ftp_upload / 52394 / 52394eq7.jpg "/>.
, O aumentando la varianza di rumore, 
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Representative Results
La figura 4 mostra le caratteristiche lo sguardo degli occhi che sono stati estratti in linea per la quantificazione di una prestazione in grado di corpo durante un compito inseguimento liscio. Le seguenti caratteristiche sono stati estratti come mostrato in Tabella 1:
Caratteristica 1 = percentuale deviazione tra la posizione di destinazione stimolo e il baricentro dei punti di fissaggio del partecipante quando lo stimolo cambia posizione in direzione orizzontale.
Caratteristica 2 = percentuale di scostamento tra la posizione di destinazione stimolo e baricentro di punti di fissaggio del partecipante quando lo stimolo sta cambiando posizione in direzione verticale.
Caratteristica 3 = lampeggio per min
Caratteristica 4 = percentuale di tempo il partecipante è alla ricerca (occhioè stato rilevato a occhio tracker) Allo stimolo.
Caratteristica 5 = percentuale di tempo il partecipante non è alla ricerca (occhio è stato rilevato dal eye tracker) presso lo stimolo. (Nota: Caratteristica 5 = 100-Feature 4)
Caratteristica 6 = percentuale Smooth Pursuit Lunghezza (SPL) superamento da parte del partecipante, vale a dire, 
dove SPL = Smooth Pursuit lunghezza è la lunghezza (in pixel) coperto da partecipante per monitorare lo stimolo in movimento, LMS = Stimolo Movimento Lunghezza (in pixel), vale a dire, la lunghezza effettiva del percorso in cui lo stimolo si muove.
Figura 4: Pannello superiore mostra una figura illustrativo del perseguimento liscio durante Homovimento rizontal. Pannello inferiore mostra una figura illustrativo del perseguimento liscio durante il movimento verticale. Tratto da 8 e 37. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
| Caratteristica 1 (%) | Caratteristica 2 (%) | Caratteristica 3 (al minuto) | Caratteristica 4 (%) | Caratteristica 5 (%) | Caratteristica 6 (%) | |
| Occhio sinistro | 1.00 | 3.66 | 6.83 | 95.52 | 4.49 | 46.78 |
| Occhio destro | 0.67 | 6.00 | 6.34 | 94.40 | 5.60 | 24.99 |
Tabella 1: EyeLo sguardo Feature.
Uno studio VBT proof-of-concept (senza ESNM / SES) è stato condotto su 10 soggetti normodotati (5 a destra gamba maschi dominanti e 5 a destra gamba femmine dominanti di età compresa tra 22 a 46 anni) nell'ambito di un compito modificato portata funzionale ( mFRT) paradigma (Figura 3c). Il mFRT si propone di quantificare la capacità dei soggetti di spostare la loro posizione volitionally CoP il più velocemente possibile senza perdere l'equilibrio mentre cued con CoP biofeedback visivo. Durante mFRT, dati multi-sensore è stato raccolto per il cervello mobile / corpo di imaging (MoBI) 19. dati MOBI è stato elaborato in linea per determinare l'influenza complessiva posturale da COP (da Balance Board) e COM (dal sensore di movimento cattura) traiettorie. Inoltre, le caratteristiche sono stati estratti da biosegnali che sono stati registrati simultaneamente lungo con il comportamento sguardo (ad esempio, velocità di intermittenza, direzione saccadici da elettrooculogramma). I risultati di questa prova di con studio concetto è stato presentato in desincronizzazione Dutta et al. 8, dove alpha evento-correlati (AERD%) è stato trovato principalmente nel parietale e occipitale EEG electrodes.Moreover, la media al quadrato di errore (MSE) normalizzato per il valore di riferimento registrato una tendenza verso una diminuzione, l'intermittenza trend verso un aumento, e la direzione saccadico relativo alla accelerazione del cursore i trend verso lo zero durante le prove successive del compito visuo-motorio. . Sulla base dei dati da Dutta et al 8, i dati EOG hanno mostrato che il rapporto di durata fissaggio sul bersaglio e la durata fissaggio sul cursore prima dell'inizio della risposta motoria (cioè, EMG onset) - rapporto FD - aumentato ( Figura 5a), mentre la linea di base normalizzata errore quadratico medio (MSEnorm) è diminuita (figura 5b) durante le prove VBT.
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Figura 5: (a) variazioni del rapporto tra durata fissazione sulla destinazione e la durata di fissaggio sul cursore - FDratio - estratti da elettrooculogramma durante attività equilibrio visuomotorio (VBT) prove. (B) Variazione della basale normalizzato al quadrato di errore (MSEnorm) durante le prove VBT. Tratto da 8 e 37. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
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Discussion
Uno strumento a basso costo clinicamente valido semplice da usare, per la terapia del movimento e l'equilibrio sarà un cambiamento di paradigma per la neuroriabilitazione in un ambiente a basso risorsa. Si rischia di avere un altissimo impatto sociale da disturbi neurologici come l'ictus drammaticamente aumentare in futuro a causa dell'invecchiamento della popolazione mondiale 2. Non vi è, quindi, un pressante necessità di sfruttare sistemi fisici informatici in cui la possibilità di personalizzare, monitor, e il supporto neuro-riabilitazione presso le sedi distaccate è diventato recentemente possibile con le integrazioni di computazione, reti e processi fisici tramite telecomunicazioni. Verso questo obiettivo generale, la valutazione in base a basso costo Eye Tracker di post-ictus movimenti oculari ricerca può non solo fornire una diagnosi a domicilio, ma anche una terapia dove liscia formazione movimento inseguimento oculare promosso il recupero da uditivo e visivo incuria 25. Qui, la latenza del liscio-inseguimento in soggetti sani è stato trovato per essere very coerente per bersagli in movimento 5 gradi / s o superiore con una latenza media di 100 ± 5 msec 26.
Inoltre, la proposta di uomo-macchina-interfaccia (HMI) per volitionally guidato neuromuscolare stimolazione elettrica (NMES) e la stimolazione elettrica sensoriale (SES) per la post-ictus equilibrio terapia integrata sensori Biosignal e motion capture con ESNM / SES per post-ictus equilibrio riabilitazione , che ha il potenziale 27, 28 come un intervento a domicilio per migliorare la post-ictus equilibrio in piedi. La parte nuova della HMI è l'interfaccia software che integra sensori multipli off-the-shelf basso costo per registrare cervello mobile / dati di imaging del corpo e per il biofeedback visivo-uditiva durante ESNM / SES terapia equilibrio visuomotorio assistita (VBT). Sulla base dei risultati soggetto sano dello studio proof-of-concept (senza ESNM / SES), proponiamo che le informazioni multi-sensore può essere fusa per stimare lo stato di apprendimento motorio durante il post-ictus VBT, e quindi la difficoltà può essere adattato in linea per mFRT. Ad esempio, liscia perseguimento occhio formazione movimento 25 può essere integrato con mioelettrico guidato compito visuomotorio ESNM / SES-assistita, come presentato nel Dutta et al. 8, dove alpha evento-correlati desincronizzazione ai parietali e occipitali elettrodi EEG può prevedere la media normalizzata errore quadratico (MSE) nel raggiungimento degli obiettivi periferici. Pertanto, sulla base della valutazione di post-ictus movimenti oculari esercizio così come il comportamento sguardo durante compito VBT, possiamo oggettivamente analizzare e monitorare problemi agli occhi legati contribuiscono a bilanciare disabilità garantendo così una funzione residua durante la riabilitazione 29. Inoltre, il comportamento sguardo (ad esempio batter tasso, saccadi) può essere utilizzato per monitorare il coinvolgimento degli utenti durante l'apprendimento del motore 30.
L'apprendimento motorio durante brachiterapia possono essere analizzati utilizzando un pendolo massa ridotta reazione dimensione (RMP) mod bipedeEL che si presenta in Dutta et al. 24. La ridotta dimensione modello RMP 24 può essere costruito in linea a partire da dati di tracciamento dello scheletro (che è il dato comune che viene trasmesso dal sensore Motion Capture nel flusso scheletro, figura 6). Importanza modello RMP sopra tradizionale modello di pendolo punto-massa è stato durante occasionale oscillante braccio sano per ritrovare l'equilibrio ai limiti di stabilità durante mFRT dove il modello RMP aumentato il modello del pendolo punto-massa tradizionale catturando la forma, le dimensioni e l'orientamento della aggregato inerzia baricentrico rotazionale. Nel nostro precedente lavoro 21, è stato trovato COM-COP lean-line per essere un adeguato feedback visivo della postura eretta. Inoltre, abbiamo dimostrato la rilevanza di tutto il corpo normalizzato baricentrico momento angolare (CAM) in stand-a-passeggiata transizione post-ictus andatura 24. In effetti, il momento angolare è strettamente regolata con cancellazioni segmento per segmento di momen angolari tum durante il cammino umano 31 e forse anche in tutto il movimento umano coordinato tra cui mFRT per prevenire le cadute. Sulla base di questi lavori precedenti, si può ipotizzare che i sopravvissuti all'ictus con debolezza muscolare e deficit di coordinamento lo prenderà più tempo per regolare CAM rispetto ai soggetti normodotati di pari età. Questo è attualmente sotto inchiesta con il RMP modello di dimensioni ridotte 24.
Figura 6: pannello di sinistra mostra le etichette comuni per i dati del modello scheletro dal sensore di movimento di cattura che possono essere analizzate in linea utilizzando un modello ridotto dimensione bipede (pannello di destra) per catturare la postura (vedi Banerjee et al. 24). RMP: Reazione massa del pendolo, CoP: centro di pressione, com: Centro di Massa, GRF: Terra forza di reazione vettore.52394fig6large.jpg "target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
La grande sfida è quella di sviluppare e clinicamente validare i sistemi fisici informatici avanzati per teleneurorehabilitation che si basa sulla manipolazione dei contesti ambientali, comportamentali e farmacologici. Le future applicazioni del HMI includono un paradigma teleneurorehabilitation in un impianto home-based in cui l'identificazione e il monitoraggio dei deficit visuomotori / apprendimento dallo sguardo-comportamento può prestare a un condizionamento operante di paradigma, che imporrà l'uso volitivo della rilevante funzione residua. Ad esempio, l'operatore può essere aumentata con due Wii BB (uno per il paretico e uno per l'arto non paretico) che può essere posizionato accanto all'altra senza toccare (cioè, <1 mm l'una dall'altra). A seguito del protocollo sperimentale di Mansfield e colleghi 7, i soggetti potevano stare con un piede su ogni Wii BB in una posizione standard (piedi orientatia 14 ° con 7 ° rotazione di ciascun piede con interasse malleoli pari all'8% dell'altezza), con ciascun piede equidistanti dalla linea mediana tra i due Wii BB. Durante mFRT, entrambi gli arti paralizzati e non paretici contribuiranno alla posizione CoP cui il condizionamento operante può essere implementato fornendo rinforzo positivo alla funzione residua dell'arto paretico e rinforzo negativo per i meccanismi di compensazione dell'arto non paretico ( sulla base del principio di movimento terapia costrizione indotta 32) rendendo il cursore più facile da controllare con le escursioni COP del lato paretico. Inoltre, difetti del campo visivo, sia difetti omonimo e quei difetti relativi alla lesione del nervo ottico, possono essere migliorate, almeno in una certa misura, in pazienti 33 verso una migliore integrazione visuo-motoria 34 contribuendo ad un migliore equilibrio. Lo studio clinico ictus è stato condotto sotto l'ipotesi che il nostro basso costo HMI verso volitionallyguidato terapia assistita equilibrio dinamico visuomotorio ESNM / SES può migliorare problemi di controllo specifici caviglia post-ictus in peso cued visivamente lo spostamento durante piedi bipede. Si prevede di ridurre i tassi di incidenza di caduta in ictus cronico, che può essere alto come 2,2 a 4,9 cadute ogni persona-anno 35. In effetti, per mostrare l'efficacia di questo operatore per la terapia equilibrio post-ictus verso neuroriabilitazione ristoratore, il punto critico è adeguato soggetto usando la valutazione delle prestazioni visuomotorio basato sguardo, cioè, ictus che hanno sufficiente funzione sensomotoria residuo necessario per il recupero 36.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Acknowledgments
La ricerca condotta nel contesto del comune mirato programma di informazione e della Scienza e Tecnologia della comunicazione - ICST, sostenuta da CNRS, Inria, e DST, sotto l'ombrello di CEFIPRA. Gli autori vorrebbero riconoscere il sostegno degli studenti, in particolare Rahima Sidiboulenouar, Rishabh Sehgal, e Gorish Aggarwal, verso lo sviluppo del setup sperimentale.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| NMES stimulator | Vivaltis, France | PhenixUSBNeo | NMES stimulator cum EMG sensor (Figure 2b) |
| Balance Board | Nintendo, USA | Wii Balance Board | Balance Board (Figure 2b) |
| Motion Capture | Microsoft, USA | XBOX-360 Kinect | Motion Capture (Figure 2b) |
| Eye Tracker | Eye Tribe | The Eye Tribe | SmartEye Tracker (Figure 2a) |
| EEG Data Acquisition System | Emotiv, Australia | Emotiv Neuroheadset | Wireless EEG headset (Figure 2b) |
| EEG passive electrode | Olimex | EEG-PE | EEG passive electrode for EOG and references (6 in number) (Figure 2b) |
| EEG active electrode | Olimex | EEG-AE | EEG active electrode (10 in number) (Figure 2b) |
| Computer with PC monitor | Dell | Data processing and visual feedback (Figure 2) | |
| Softwares, EMG electrodes, NMES electrodes, and cables |
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