בשנת 2008, האקדמיה הלאומית להנדסה זיהתה 14 אתגרים גדולים להנדסה במאה ה-21 1. אחד מהם היה שילוב של מציאות מדומה (VR) ברפואה. הושגה התקדמות בשימוש ב- VR להכשרה לסטודנטים לרפואה 2,3, תכנון כירורגי3, הפחתת חרדה הקשורה לאינטראקציות רפואיות4, סיוע בניהול כאבים חריפים5 וסרטן6, והגברת ההתאוששות המוטורית לאחר שבץ7. למרות יישומים מבטיחים אלה, התועלת של VR ברפואה לא מומשה במלואה, במיוחד בתחום ההערכה והטיפול במחלות נוירולוגיות. בעוד שההתקדמות בטכנולוגיית ה-VR צמצמה חסמים כגון עלות, נוחות אוזניות ותכונות שימושיות אינטואיטיביות, מחלת VR ממשיכה לעכב את שילוב ה-VR ברפואה8.
מחלת מציאות מדומה מתייחסת לתחושות הדומות למחלת תנועה (למשל, בחילות, הקאות, סחרחורת)9,10,11 המתעוררות במהלך חוויות VR. למרות שאין תיאוריה אחת מוסכמת בהסבר מחלת VR, תיאוריית הקונפליקט החושי היא הסבר מוביל12. בקצרה, תיאוריית הקונפליקט החושי מציעה כי מחלת VR נובעת מפערים חושיים; מידע על זרימה חזותית מציין את תנועת הגוף קדימה בחלל בעוד שמערכת שיווי המשקל מצביעה על כך שהגוף נייח13. פער זה במידע החושי גורם לאיזון לקוי, דיסאוריינטציה מרחבית ותנועות יציבה בלתי נשלטות המבשרות מחלת VR. בעוד שהמנגנון המדויק העומד בבסיס מחלת VR נתון לוויכוח, הפחתת חוסר ההתאמה בין מקורות המידע החושי עשויה להפחית את מחלת ה-VR14 ולהקל על אימוץ VR בסביבה רפואית.
תנועה יחד עם VR הוצעה זה מכבר כגישה להפחתת אי התאמה חושית על ידי טבילה פיזית וחזותית של המשתמש בסביבה הווירטואלית15,16. מספר מחקרים במבוגרים עם ובלי מחלות נוירולוגיות שילבו בהצלחה מערכות VR סוחפות ולא סוחפות עם הליכונים חד-כיווניים מסורתיים 17,18,19. מחקרים אלה מראים כי התערבות VR והליכון חד-כיוונית היא בדרך כלל נסבלת היטב18 וההתערבות עשויה להפחית את תדירות הנפילה 17,19. תוצאות אלה מספקות בסיס מבטיח לשילוב מוצלח של תנועה ו-VR. עם זאת, הקצב המוטורי החיצוני של הליכון חד כיווני אינו מאפשר למשתמש לשנות מהירויות או לבצע פניות כדי לקיים אינטראקציה עם סביבות וירטואליות מציאותיות מורכבות יותר.
במהלך שני העשורים האחרונים, ההתקדמות בחומרה ובתוכנה למעקב אחר תנועות אפשרה את הפיתוח של סביבות וירטואליות סוחפות ואינטראקטיביות יותר. התקדמות משמעותית הייתה פיתוח ההליכון הרב-כיווני20. בקצרה, הליכון רב-כיווני משתמש בו-זמנית בתנועות ליניאריות וסיבוביות כדי לאפשר למשתמש לשקוע בכל כיוון בקצב שנבחר בעצמו. הליכונים רב-כיווניים, הנמצאים בשימוש כללי בתעשיית הגיימינג, מרחיבים את ההזדמנויות למנף סביבות VR בסביבה הקלינית הן על ידי טיפול בבעיית מחלת ה-VR והן על ידי הקלה על יצירת סביבות מציאותיות המאתגרות טוב יותר את היכולות הפיזיות של המשתמש, כגון פנייה או שינוי כיוונים. בפרט, שכפולים וירטואליים של סביבות יומיומיות בקנה מידה מלא יכולים להקל על הערכת התפקוד הקוגניטיבי והמוטורי במהלך הביצועים של פעילויות אינסטרומנטליות של חיי היומיום (IADLs).
פעילויות אינסטרומנטליות של חיי היומיום (IADLs) הן משימות פונקציונליות (למשל, קניות, נטילת תרופות, הכנת מזון) שהן קריטיות לשמירה על חיים עצמאיים21. היכולת להשיג IADLs נפוצים הוצעה כסמן פרודרומלי למחלות נוירולוגיות. נתונים עדכניים ממחקרים ארוכי טווח ופרוספקטיביים מצביעים על ירידה ב-IADLs שככל הנראה מקדימה אבחנה של מחלת פרקינסון (PD) ב-5-7 שנים22,23 ואבחנה של מחלת אלצהיימר 24,25. בניגוד לפעילויות בסיסיות של חיי היומיום (BADLs)26, IADLs דורשים בדרך כלל ביצוע בו-זמני של שתי מטלות הדורשות תשומת לב (למשל, מוטורית-קוגניטיבית, מוטורית-מוטורית או קוגניטיבית-קוגניטיבית)27. הרוב המכריע של הפעילויות הביתיות והקהילתיות היומיומיות מבוצעות בתנאים של משימה כפולה28,29.
אף על פי שירידות במשימות כפולות משפיעות בבירור על ביצועי IADL, הערכות מוטוריות קליניות מסורתיות 30,31,32 ובדיקות נוירופסיכולוגיות 33,34 אינן מספיקות כדי להעריך IADLs, מכיוון שהערכות אלה מפרידות את התפקוד למרכיבים בדידים ללא התחשבות בתלות ההדדית שלהן. השיטות הנוכחיות להערכת IADL ישירה מסתמכות על שאלוני דיווח עצמי מועדים להטיה35 או על הערכות ארוכות ומכבידות מבוססות ביצועים36. אף אחת מהגישות אינה מספקת תובנות אובייקטיביות וכמותיות לגבי רמת תפקוד ה-IADL של הפרט במסגרת הקהילתית.
ההתקדמות בטכנולוגיית ה-VR, יחד עם ההתקדמות ההנדסית העומדת בבסיס הליכונים רב-כיווניים, מספקים הזדמנות ליצור סביבה אינטראקטיבית וסוחפת. חנות מכולת וירטואלית ומשימת קניות נוצרו כדי להעריך בו זמנית את ביצועי המוטוריקה, הקוגניציה, הקוגניציה-מוטורית וה-IADL. פלטפורמת קניות המציאות המדומה של קליבלנד קליניק (CC-VRS) פותחה בשיתוף פעולה על ידי צוות של מהנדסים ביו-רפואיים, מפתחי תוכנה, פיזיותרפיסטים, מרפאים בעיסוק ונוירולוגים.
משימת קניות במכולת נבחרה כדי לכמת את ביצועי IADL על סמך המלצות האגודה האמריקאית לריפוי בעיסוק26. מטלת ה-Virtual Multiple Errands (VMET)37, סולם ה-ADL האינסטרומנטלי המתוזמן38, ושאלון הפעילויות היומיות של פן פרקינסון-15 (PDAQ-15)39 מזהים את הקניות כאינדיקטור חשוב לביצועים מוטוריים ולא מוטוריים הקשורים למחלות נוירולוגיות. אחרים השתמשו באוזניות VR סוחפות כדי ליצור סביבת חנות מכולת בניסיון להעריך את ביצועי IADLב-37,40,41. עם זאת, הם לא הצליחו להעריך מרכיב מרכזי בקניות במכולת: תנועה. באופן כללי, הפרדיגמות הנוכחיות של חנות מכולת VR דורשות מהמשתתף להשתמש בבקר ידני כדי לבצע טלפורטציה או לנווט באווטאר ברחבי המכולת. אנו שואפים לשלב תנועה בחוויית הקנייה הווירטואלית של המשתמש. תהליך הפיתוח של CC-VRS החל בניתוח משימות רשמי של חוויה טיפוסית של חנות מכולת. כפי שמצוין באיור 1, תשעה מרכיבי משימה בסיסיים משקפים תערובת של אלמנטים שניתן לאפיין כפעילויות מוטוריות, קוגניטיביות או קוגניטיביות-מוטוריות הנחוצות לביצועים מוצלחים, כפי שמאפיין את כל ה-IADLs.

איור 1: ניתוח משימות קנייה במכולת. ניתוח משימות בוצע כדי לזהות את רצף הפעולות ואת אופי הפעולות הללו לקניות מכולת מוצלחות בעולם האמיתי. תשעה רצפים ראשוניים זוהו ושימשו לפיתוח משימות הקניות הבסיסיות והמורכבות . הרצפים סווגו כמוטוריים (כחולים), קוגניטיביים (צהובים) וקוגניטיביים-מוטוריים (ירוקים); פרטים לגבי התוצאות המתאימות מפורטים בטבלה 1. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
פלטפורמת CC-VRS משכפלת חנות מכולת מציאותית בגודל בינוני באמצעות משקפי VR סוחפים. תוך כדי הליכה על הליכון רב-כיווני, המשתמש עוקב אחר מסלול רציף ומיועד דרך החנות, מאתר פריטים ברשימת קניות ומניח את הפריטים בעגלת קניות וירטואלית. מתן מסלול ייעודי מתקנן את המרחק שעבר בחנות הווירטואלית, מקטין את מספר שגיאות הניווט ומאפשר דיוק רב יותר בניתוק שינויים פוטנציאליים בביצועי IADL משגיאות ניווט או אסטרטגיות חיפוש לא אופטימליות המופעלות על ידי המשתמש. המסלול באורך 150 מ' דורש פניות מרובות, מה שמגדיל את המורכבות המוטורית42,43 ואת ההסתברות לגרום להקפאת הילוך באוכלוסיות חולים נוירולוגיות, שכן הקפאות נצפות בתדירות גבוהה יותר במהלך הפנייה מאשר הליכה בקו ישר 44,45. הן המרחק של נתיב הניווט והן מספר הפריטים ברשימת הקניות יכולים להיות מוגדרים על ידי המטפל כך שיתאימו ליכולות המשתמש או למטרות של פגישת ההערכה.
כל משתמש משלים תרחיש קנייה בסיסי אחד ומורכב אחד. התרחיש הבסיסי פשוט דורש מעקב אחר המסלול ובחירת פריטים מרשימת הקניות. בתרחיש המורכב, המשתמש מקבל רשימה של פריטי מכולת שונים תוך שהוא עוקב אחר המסלול הזהה דרך החנות, אך מוצגות דרישות קוגניטיביות ומוטוריות נוספות (היזכרות מילולית מושהית, השוואת מחירים ומשימות הימנעות ממכשולים המתוארות בסעיף הפרוטוקול שלהלן). רעשי חנויות מכולת בסביבה לאורך התרחישים הבסיסיים והמורכבים משלימים את החוויה הסוחפת. נתוני סיכום ופירוט על ביצועי המשתמש - כולל פריטים נכונים ושגויים שנאספו, מספר ותדירות של הפעלות של רשימות קניות, משך עצירה ומדדי הליכה - נוצרים באופן אוטומטי וזמינים לבדיקה על-ידי המטפל.
מטרת ה- CC-VRS היא לכמת באופן אובייקטיבי את הביצועים של IADLs בקרב מבוגרים ואנשים בסיכון או מאובחנים עם מחלה נוירולוגית. ה- CC-VRS מספק חוויה סוחפת ומציאותית עבור המשתמש, והוא מניב תוצאות מדויקות, מבוססות ביומכניקה, של תפקוד קוגניטיבי ומוטורי שיש להן פוטנציאל לשמש כסמנים פרודרומליים של מחלות נוירולוגיות או מדדים אובייקטיביים של התקדמות המחלה. ה- CC-VRS נמצא כעת בשימוש בשלושה פרויקטים קשורים שמטרתם: (1) הבנת ההשפעות של הזדקנות בריאה ומחלות נוירולוגיות על ביצועי IADL, (2) קביעת ההיתכנות של שילוב קליני ברפואה ראשונית ובמרפאה להפרעות תנועה, ו-(3) זיהוי החתימה העצבית העומדת בבסיס הקפאת ההליכה בחולי פרקינסון מתקדמים עם מערכות גירוי מוחי עמוק (DBS). באופן קולקטיבי, פרויקטים אלה ישתמשו בפלטפורמת CC-VRS ובתוצאות הקשורות אליהם כדי להבין טוב יותר כיצד הזדקנות ומחלות נוירולוגיות משפיעות על היבטים של ביצועי IADL. כתב יד זה מפרט את הפיתוח, העיצוב וטכנולוגיית החומרה והתוכנה של ה-CC-VRS ואת תוצאותיו החדשות שיכולות להקל על השתלבות בתחום הבריאות.