Robô pneumático macio modula métricas da teoria dos grafos da rede cerebral para reabilitação das mãos após acidente vascular cerebral

Investigamos a viabilidade de um robô pneumático macio programável na modulação da dinâmica da rede cerebral em pessoas que sofrem um AVC. São utilizados diversos modos de interação humano-robô e análise de teoria dos grafos baseada em fNIRS. Para começar, ligue o sistema robótico e conecte os dois cabos de energia da bomba de ar à tomada de energia e à luva pneumática macia.

Ajude o jogador a usar o robô pneumático macio na mão afetada, garantindo um ajuste seguro na palma e nos dedos. Prenda o robô usando a tira de Velcro, posicionando-o firmemente do lado dorsal do polegar até a eminência tenal no lado palmar. Agora selecione o modo de inflação/deflação apropriado na interface de controle.

Confirme as configurações dos parâmetros sem causar desconforto ao participante. Use o sistema de espectroscopia de infravermelho próximo funcional de onda contínua para registrar dados de todos os participantes. Emitir luz infravermelha próxima em comprimentos de onda de 690 nanômetros e 830 nanômetros para penetrar de dois a três centímetros abaixo do córtex cerebral com uma frequência de amostragem de 100 hertz.

Agora selecione uma cápsula funcional de espectroscopia no infravermelho próximo de tamanho adequado. Posicione a etiqueta do número do sensor um pouco acima do centro da testa e alinhe os optodos FpZ e Cz do sistema de eletroencefalografia ou EEG 10-20. Fixe os detectores e fontes de luz usando uma faixa flexível para garantir o contato ideal com a pele.

Instrua o participante a permanecer em um estado calmo e relaxado, com a cabeça imóvel e os olhos abertos durante a coleta de dados. Antes de iniciar a coleta formal de dados, instrua o participante a descansar silenciosamente por dois minutos sem adormecer. Selecione o Protocolo Experimental na interface de software do computador conectado ao sistema funcional de espectroscopia no infravermelho próximo.

Realize calibração do sinal para minimizar vazamento de luz, mirando uma intensidade de sinal de 75% ou mais com ruído mínimo. Se a calibração falhar, ajuste a posição do sensor e realize a calibração novamente. Os sensores optode contêm diodos emissores de luz e fotodetectores projetados para emitir e detectar luz infravermelha próxima em comprimentos de onda específicos.

Pela interface do software, inicie o registro de dados do córtex cerebral enquanto instrui o participante a ficar relaxado e evitar mover a cabeça. Inicie a tarefa experimental seguindo a sequência randomizada e colete continuamente dados sobre oxigenação cerebral e hemodinâmica. Uma vez concluída a tarefa, interrompa a aquisição de dados e salve com segurança os dados experimentais registrados.

Depois, crie mapas tridimensionais de ativação cerebral visualizando as mudanças na concentração de oxihemoglobina entre as regiões cerebrais. Use marcos anatômicos e o sistema International 10-20 para projetar os canais funcionais de espectroscopia no infravermelho próximo nas áreas cerebrais correspondentes. Por fim, extraia métricas da teoria dos grafos, incluindo coeficiente de agrupamento, comprimento médio do caminho, Índice de Mundo Pequeno, eficiência global, centralidade de grau e centralidade do autovetor das matrizes de conectividade funcional derivadas de dados funcionais de espectroscopia no infravermelho próximo.

Um total de 10 indivíduos com AVC foram inscritos no estudo e passaram por avaliação de estado de repouso, terapia robótica em modo lento e terapia robótica em modo rápido em ordem randomizada. Após a interação com o robô pneumático suave, melhorias significativas foram observadas no coeficiente de agrupamento, comprimento médio do caminho e eficiência global, enquanto o Índice do Mundo Pequeno, centralidade de grau e centralidade do autovetor não mudaram significativamente. A terapia robótica suave modula efetivamente a organização topológica da rede cerebral distribuída em coeficiente de agrupamento, comprimento médio do caminho e eficiência global.

Esses resultados ressaltam o potencial da intervenção robótica suave teórica para aprimorar a neuroconectividade e facilitar a reorganização da rede cerebral na reabilitação de AVC. Consideramos que intervenções de reabilitação assistida por robô melhoram os resultados funcionais para os sobreviventes de AVC. Essas técnicas devem integrar neuroimagem avançada e técnicas computacionais para adaptar as intervenções aos perfis neurofisiológicos dos pacientes.