Un robot neumático blando modula las métricas de la teoría de grafos de la red cerebral para la rehabilitación de la mano después de un accidente cerebrovascular

Investigamos la viabilidad de un robot neumático blando programable para modular la dinámica de redes cerebrales en personas que sufren un ictus. Se utilizan diversos modos de interacción humano-robot y análisis de teoría de grafos basados en fNIRS. Para empezar, enciende el sistema robótico y conecta los dos cables de alimentación de la bomba de aire a la toma de corriente y al guante neumático blando.

Ayuda al jugador a llevar el robot neumático suave en la mano afectada, asegurando un ajuste seguro alrededor de la palma y los dedos. Sujeta el robot con la correa de Velcro, colocándola de forma segura desde el lado dorsal del pulgar hasta la eminencia tenal en el lado palmar. Ahora selecciona el modo de inflación/deflación adecuado en la interfaz de control.

Confirma la configuración de parámetros sin causar molestias al participante. Utiliza el sistema de espectroscopía de onda continua de onda continua en el infrarrojo cercano para registrar datos de todos los participantes. Emitir luz infrarroja cercana a longitudes de onda de 690 nanómetros y 830 nanómetros para penetrar entre dos y tres centímetros bajo la corteza cerebral con una frecuencia de muestreo de 100 hercios.

Ahora selecciona una cápsula funcional de espectroscopía de espectroscopía en el infrarrojo cercano del tamaño adecuado. Colocar la etiqueta del número del sensor ligeramente por encima del centro de la frente y alinear los optodos FpZ y Cz del sistema de electroencefalografía o EEG 10-20. Asegura los detectores y fuentes de luz usando una cinta flexible para asegurar un contacto óptimo con la piel.

Instruye al participante para que permanezca en un estado tranquilo y relajado, con la cabeza quieta y los ojos abiertos durante la recogida de datos. Antes de comenzar la recogida formal de datos, indica al participante que descanse tranquilamente durante dos minutos sin quedarse dormido. Seleccione el Protocolo Experimental desde la interfaz de software del ordenador conectado al sistema funcional de espectroscopía en infrarrojo cercano.

Realiza calibración de señal para minimizar la fuga de luz, apuntando a una intensidad de señal del 75% o superior con ruido mínimo. Si falla la calibración, ajusta la ubicación del sensor y realiza la calibración de nuevo. Los sensores optodos contienen diodos emisores de luz y fotodetectores diseñados para emitir y detectar luz infrarroja cercana a longitudes de onda específicas.

Desde la interfaz de software, comienza a registrar datos de la corteza cerebral mientras se indica al participante que se mantenga relajado y evite mover la cabeza. Inicia la tarea experimental siguiendo la secuencia aleatorizada y recoge continuamente datos sobre oxigenación cerebral y hemodinámica. Una vez completada la tarea, detiene la adquisición de datos y guarda de forma segura los datos experimentales registrados.

Luego crea mapas tridimensionales de activación cerebral visualizando los cambios en la concentración de oxihemoglobina entre las regiones cerebrales. Utiliza hitos anatómicos y el sistema internacional 10-20 para proyectar los canales funcionales de espectroscopía en el infrarrojo cercano en las áreas cerebrales correspondientes. Finalmente, extrae métricas de teoría de grafos, incluyendo coeficiente de agrupamiento, longitud media de camino, Índice de Mundo Pequeño, eficiencia global, centralidad en grados y centralidad de vectores propios de las matrices de conectividad funcional derivadas de datos de espectroscopía funcional en infrarrojo cercano.

Un total de 10 personas con ictus fueron incluidas en el estudio y se sometieron a una evaluación en estado de reposo, terapia robótica de modo lento y terapia robótica de modo rápido en orden aleatorio. Tras la interacción con el robot neumático blando, se observaron mejoras significativas en el coeficiente de agrupamiento, la longitud media del camino y la eficiencia global, mientras que el Índice de Mundo Pequeño, la centralidad de grados y la centralidad del vector propio no cambiaron significativamente. La terapia robótica suave modula eficazmente la organización topológica de la red cerebral distribuida en coeficientes de agrupamiento, longitud media de trayectoria y eficiencia global.

Estos resultados subrayan el potencial de la intervención robótica suave teórica para mejorar la neuroconectividad y facilitar la reorganización de redes cerebrales en la rehabilitación tras un ictus. Encontramos que las intervenciones de rehabilitación asistida por robot mejoran los resultados funcionales para los supervivientes de ictus. Estos deberían integrar técnicas avanzadas de neuroimagen y computación para adaptar las intervenciones a los perfiles neurofisiológicos de los pacientes.