Une expérience utilisant la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge et les mouvements de pointage multi-articulaires assistés par robot du membre inférieur
7 juin 2024
On estime qu'1 personne sur 6 dans le monde aura un accident vasculaire cérébral au cours de sa vie, entraînant une invalidité à long terme, dont les mécanismes de rééducation sont encore mal connus. Cette étude propose un protocole pour évaluer l’activation cérébrale par spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge (fNIRS) lors d’une séance de thérapie robotique des membres inférieurs.
Dans cette étude, nous visons à étudier la faisabilité d’un protocole expérimental impliquant des mouvements du membre inférieur attaché à un dispositif robotique et l’acquisition simultanée de données de spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle, fNIRS. Peu d’études ont utilisé la fNIRS pour étudier l’activation cérébrale dans les accidents vasculaires cérébraux, la récupération motrice et les mouvements des membres inférieurs, en se concentrant principalement sur les actions articulaires simples, la marche ou le vélo. Notre étude est pionnière dans l’exploration de l’entraînement multi-articulaires des membres inférieurs pour la rééducation ciblée.
La spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge, fNIRS, mesure efficacement les changements temporels de l’oxygénation du sang du cerveau, servant d’indicateur indirect de l’activité cérébrale, aux signaux IRM fonctionnels. Contrairement à l’IRMf, la fNIRS est compatible avec le matériel robotique, portable et plus robuste aux artefacts de mouvement. Il y a deux défis principaux.
La première consiste à synchroniser les mouvements des dispositifs robotiques avec les données fNIRS. La seconde est d’obtenir suffisamment de données pour atteindre la puissance statistique, pour détecter les changements hémodynamiques en seulement six minutes. Notre étude a confirmé la faisabilité du protocole et a donné les résultats attendus.
Dans la condition assistée, seuls deux sujets ont présenté une activation cérébrale significative. L’exercice non assisté, nécessitant plus d’effort, a montré un changement de concentration d’HbO plus important que les exercices assistés, avec une différence notable dans la CMP controlatérale.
Aperçu
Cette étude examine la faisabilité d'utiliser la spectroscopie fonctionnelle dans l'infrarouge proche (fNIRS) pour évaluer l'activation cérébrale pendant des séances de thérapie robotique des membres inférieurs destinées à la rééducation post-AVC. Un protocole a été mis au point afin de synchroniser l'acquisition des données fNIRS avec les mouvements du robot, permettant ainsi d'obtenir des informations sur l'activité cérébrale durant des mouvements multi-articulaires essentiels à la récupération motrice.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Réadaptation
- Robotique
Contexte
- Les mécanismes de la rééducation après un accident vasculaire cérébral ne sont pas bien compris.
- Les études précédentes se sont concentrées sur les mouvements d'une seule articulation plutôt que sur la rééducation multisegmentaire.
- La fNIRS est une technique d'imagerie portable et robuste, compatible avec les systèmes robotiques.
Objectif de l'étude
- Évaluer l'activation cérébrale pendant un entraînement robotisé des membres inférieurs assisté.
- Explorer les différences d'activation cérébrale entre des conditions assistées et non assistées.
- Confirmer la faisabilité du protocole expérimental.
Méthodes utilisées
- La spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge (fNIRS) a été utilisée pour mesurer l'oxygénation sanguine cérébrale.
- Les participants ont effectué des mouvements tout en étant connectés à un dispositif robotique, permettant ainsi de contrôler les conditions de mouvement.
- Des données ont été recueillies pendant une durée de six minutes, avec un étalonnage rigoureux du système fNIRS.
- Deux conditions ont été testées : avec et sans assistance robotique.
Résultats principaux
- Une activation cérébrale significative a été observée lors des exercices non assistés par rapport aux exercices assistés.
- Des variations de concentration en HbO accrues ont été enregistrées principalement dans le cortex prémoteur gauche.
- Quatre sujets ont montré une activation dans les deux conditions, avec une différence notable des résultats entre les tâches assistées et non assistées.
Conclusions
- Cette étude démontre le potentiel de la fNIRS pour surveiller l'activité cérébrale pendant la rééducation robotique.
- Les résultats soulignent l'importance des mouvements non assistés pour induire une activation cérébrale plus importante.
- L'étude contribue à la compréhension des mécanismes neuronaux impliqués dans la récupération motrice après un accident vasculaire cérébral.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
La spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge (fNIRS) synchronisée avec des mouvements robotisés plurijointés des membres inférieurs permet une cartographie quantitative de l'activation cérébrale durant des tâches motrices complexes. Cette approche renforce la confiance prédictive en recherche de neuro-rééducation précoce en fournissant des indices neuronaux objectifs et reproductibles, pertinents pour la récupération motrice. L'intégration de la fNIRS avec des plateformes robotiques favorise la détection mécanistique des risques et éclaire les stratégies translationnelles de développement thérapeutique dans les programmes consacrés à l'AVC et aux troubles moteurs.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'interrogation des corrélats neuronaux sous-tendant la fonction motrice et les mécanismes de récupération.
- Prend en charge la réduction des risques biologiques en distinguant les schémas d'activation selon différents niveaux d'assistance au mouvement.
- Permet la validation fonctionnelle de cibles pour les interventions de neuro-rééducation.
Développement de criblages et de tests
- Facilite la préparation de protocoles d'imagerie neurofonctionnelle validés pour des études translationnelles ultérieures.
- Produit des sorties hémodynamiques quantitatives et standardisées afin d'assurer la reproductibilité des tests.
- Permet le dépistage des effets d'interventions sur l'activation cérébrale dans des paradigmes de mouvement contrôlés.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne la cartographie de l'activation neuronale avec des tâches motrices pertinentes pour la maladie, afin de développer des biomarqueurs translationnels.
- Permet une continuité entre la découverte et la validation préclinique dans la recherche en neuro-réadaptation.
- Offre une évaluation prédictive de la réduction des risques pour les interventions candidates ciblant les voies de récupération motrice.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Ce protocole place la cartographie de l'activation neuronale basée sur la fNIRS à l'interface entre la découverte précoce et la recherche translationnelle en neuro-réadaptation.
- Découverte en biologie : Quantifie l'activation cérébrale pendant des tâches motrices à articulations multiples afin de clarifier les voies de récupération.
- Évaluation : Fournit des données hémodynamiques reproductibles et quantitatives pour l'analyse d'interventions.
- Analytique : Permet la comparaison statistique de conditions de mouvement assisté par rapport à non assisté, en utilisant les paramètres HbO et HbR.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre les résultats obtenus chez des sujets sains et les modèles précliniques de récupération après un accident vasculaire cérébral.
- Réutilisation institutionnelle : Met en place un flux de travail en neuroimagerie réutilisable, compatible avec des plateformes de rééducation robotisée.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche sur la récupération motrice.
- Valeur opérationnelle : Fournit une neuroimagerie standardisée et robuste face aux mouvements, compatible avec les systèmes robotiques.
- Valeur stratégique : Éclaire les décisions d'admission ou d'exclusion des candidats à la neuro-réadaptation en fournissant des critères d'évaluation neurologiques objectifs.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des interventions ciblant la restauration de la fonction motrice.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en imagerie cérébrale, en robotique et en analyse statistique de données hémodynamiques.
- Exige un accès à un équipement d’imagerie par spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle (fNIRS) et à des plateformes robotiques de mouvement.
- Implique une standardisation interéquipes des protocoles d’acquisition et d’analyse des données.
- Une adaptation peut être nécessaire selon les différents paradigmes de mouvement ou les populations de patients.
- Des durées d’acquisition courtes et une taille d’échantillon limitée peuvent restreindre la puissance statistique dans certains contextes.
