Um experimento usando espectroscopia funcional no infravermelho próximo e movimentos de apontar multi-articulações assistidas por robô do membro inferior
7 de junho de 2024
Estima-se que 1 em cada 6 indivíduos no mundo terá um acidente vascular cerebral ao longo da vida, causando incapacidade a longo prazo, cujos mecanismos de reabilitação ainda são pouco compreendidos. Este estudo propõe um protocolo para avaliar a ativação cerebral por espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS) durante uma sessão de terapia robótica de membros inferiores.
Neste estudo, objetivamos investigar a viabilidade de um protocolo experimental envolvendo movimentos do membro inferior acoplados a um dispositivo robótico e aquisição simultânea de dados de espectroscopia funcional no infravermelho próximo, fNIRS. Poucos estudos empregaram o fNIRS para estudar a ativação cerebral em AVC, recuperação motora e movimentos de membros inferiores, focando principalmente em ações articulares únicas, caminhada ou ciclismo. Nosso estudo é pioneiro em explorar o treinamento de membros inferiores multiarticulares para reabilitação de alvos.
A espectroscopia funcional no infravermelho próximo, fNIRS, mede efetivamente as mudanças temporais na oxigenação do sangue cerebral, servindo como um indicador indireto da atividade cerebral, para sinais funcionais de RM. Ao contrário do fMRI, o fNIRS é compatível com hardware robótico, portátil e mais robusto para artefatos de movimento. Há dois desafios principais.
A primeira é sincronizar os movimentos do dispositivo robótico com os dados do fNIRS. A segunda é obter dados suficientes para atingir o poder estatístico, para detectar alterações hemodinâmicas em apenas seis minutos. Nosso estudo confirmou a viabilidade do protocolo e trouxe resultados esperados.
Na condição assistida, apenas dois indivíduos apresentaram ativação cerebral significativa. O exercício não assistido, que exigiu maior esforço, apresentou maior alteração na concentração de HbO do que os assistidos, com diferença notável no CPM contralateral.
Visão Geral
Este estudo investiga a viabilidade do uso da espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS) para avaliar a ativação cerebral durante sessões de terapia robótica de membros inferiores para reabilitação pós-AVC. Um protocolo foi desenvolvido para sincronizar a aquisição de dados de fNIRS com os movimentos robóticos, permitindo obter informações sobre a atividade cerebral durante movimentos multiarticulares que são cruciais para a recuperação motora.
Componentes Principais do Estudo
Área de Ciência
- Neurociência
- Reabilitação
- Robótica
Contexto
- Os mecanismos de reabilitação de acidente vascular cerebral não são bem compreendidos.
- Estudos anteriores concentraram-se em ações de articulação única, em vez de reabilitação multijunta.
- A fNIRS é uma técnica de imagem portátil e robusta, compatível com sistemas robóticos.
Objetivo do Estudo
- Avaliar a ativação cerebral durante o treinamento robótico assistido dos membros inferiores.
- Explorar as diferenças na ativação cerebral entre condições assistidas e não assistidas.
- Confirmar a viabilidade do protocolo experimental.
Métodos Utilizados
- A espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS) foi empregada para medir a oxigenação sanguínea cerebral.
- Os participantes realizaram movimentos enquanto conectados a um dispositivo robótico, permitindo o controle das condições de movimento.
- Os dados foram coletados durante um período de seis minutos com calibração cuidadosa do sistema fNIRS.
- Duas condições foram testadas: com e sem assistência robótica.
Resultados Principais
- Observou-se ativação cerebral significativa em exercícios não assistidos em comparação com os assistidos.
- Foram registradas alterações aumentadas na concentração de HbO principalmente no córtex pré-motor esquerdo.
- Quatro sujeitos apresentaram ativação em ambas as condições, com uma diferença notável nos resultados entre tarefas assistidas e não assistidas.
Conclusões
- Este estudo demonstra o potencial da fNIRS para monitorar a atividade cerebral durante a reabilitação robótica.
- Os achados destacam a importância de movimentos não assistidos para provocar maior ativação cerebral.
- O estudo contribui para a compreensão dos mecanismos neuronais envolvidos na recuperação motora após um acidente vascular cerebral.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS) sincronizada com movimentos robóticos multijunta dos membros inferiores permite o mapeamento quantitativo da ativação cerebral durante tarefas motoras complexas. Essa abordagem apoia a confiança preditiva em pesquisas de neuroreabilitação precoce ao fornecer leituras neurais objetivas e reprodutíveis, relevantes para a recuperação motora. A integração da fNIRS com plataformas robóticas promove a redução de riscos mecanicistas e orienta estratégias translacionais para o desenvolvimento terapêutico em portfólios de acidente vascular cerebral e comprometimento motor.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêuticos
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a investigação dos correlatos neurais subjacentes à função motora e aos mecanismos de recuperação.
- Apoia a redução de riscos biológicos ao distinguir padrões de ativação sob diferentes níveis de assistência ao movimento.
- Fornece validação funcional de alvos para intervenções em neuroreabilitação.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Facilita a preparação de protocolos de neuroimagem validados para estudos translacionais subsequentes.
- Fornece saídas hemodinâmicas padronizadas e quantitativas para reprodutibilidade do ensaio.
- Permite a triagem dos efeitos de intervenções na ativação cerebral em paradigmas de movimento controlados.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha o mapeamento da ativação neural com tarefas motoras relevantes para doenças, visando o desenvolvimento de biomarcadores translacionais.
- Apóia a continuidade desde a descoberta até a validação pré-clínica na pesquisa de neuroreabilitação.
- Oferece desvio preditivo de riscos para intervenções candidatas direcionadas às vias de recuperação motora.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este protocolo posiciona o mapeamento de ativação neural baseado em fNIRS na interface entre descobertas iniciais e pesquisa translacional em neuroreabilitação.
- Biologia da Descoberta: Quantifica a ativação cerebral durante tarefas motoras multiarticulares para esclarecer as vias de recuperação.
- Triagem: Fornece dados hemodinâmicos quantitativos e reprodutíveis para avaliação de intervenções.
- Análise: Permite a comparação estatística de condições de movimento assistido versus não assistido utilizando métricas de HbO e HbR.
- Pesquisa Translacional: Conecta achados em sujeitos saudáveis a modelos pré-clínicos de recuperação pós-AVC.
- Reutilização Empresarial: Estabelece um fluxo de trabalho de neuroimagem reutilizável, compatível com plataformas de reabilitação robótica.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista na pesquisa de recuperação motora.
- Valor Operacional: Fornece neuroimagem padronizada e robusta a movimentos, compatível com sistemas robóticos.
- Valor Estratégico: Orienta decisões de prosseguir/não prosseguir em candidatos à neuroreabilitação ao fornecer pontos finais neurais objetivos.
- Impacto no Portfólio: Apoia a priorização ajustada ao risco de intervenções direcionadas à restauração da função motora.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em neuroimagem, robótica e análise estatística de dados hemodinâmicos.
- Exige acesso a instrumentação de fNIRS e plataformas robóticas de movimento.
- Necessita padronização entre equipes dos protocolos de aquisição e análise de dados.
- Pode ser necessária adaptação para diferentes paradigmas de movimento ou populações de pacientes.
- Tempos curtos de aquisição e tamanho da amostra podem limitar o poder estatístico em alguns contextos.
