We beschrijven een roman virtual reality op basis setup die vrijwillig toezicht van enerzijds prestaties van de motor-vaardigheid in de andere (niet-getraind) hand exploiteert. Dit wordt bereikt door het verstrekken van real-time verkeer gebaseerde sensorische feedback alsof de hand niet opgeleid in beweging is. Deze nieuwe benadering kan worden gebruikt ter verbetering van de revalidatie van patiënten met eenzijdige hemiparesis.
Als wat betreft het verwerven van motorische vaardigheden, is opleiding door vrijwillige verplaatsing superieur aan alle andere vormen van opleiding (bijvoorbeeld opleiding door observatie of passieve beweging van stagiair handen door een robotachtige apparaat). Dit presenteert uiteraard een grote uitdaging in het herstel van een paretic ledemaat omdat vrijwillig toezicht op fysieke beweging beperkt is. Hier beschrijven we een roman opleidingsplan hebben we die het potentieel heeft om het omzeilen van deze grote uitdaging. Wij uitgebuit vrijwillig toezicht op enerzijds en beweging gebaseerde gemanipuleerde sensorische feedback in real-time verleend, alsof de andere kant gaat. Visuele manipulatie via virtual reality (VR) werd gecombineerd met een apparaat dat jukken linker vingers om passief rechts vrijwillige vinger bewegingen volgen. Bij gezonde proefpersonen tonen we verbeterde binnen-sessie prestatieverhogingen van een ledemaat bij gebrek aan vrijwillige fysieke training. Resultaten in gezonde proefpersonen suggereren dat opleiding met de unieke VR setup ook gunstig zijn voor patiënten met hemiparesis van de bovenste ledematen wellicht door te profiteren van de vrijwillige controle van hun gezonde hand ter verbetering van de revalidatie van hun hand waarin dit probleem optreedt.
Fysieke praktijk is de meest efficiënte vorm van opleiding. Hoewel deze benadering goed ingeburgerd1 is, is het zeer uitdagend in gevallen waar het fundamentele motor vermogen van de hand van de opleiding beperkt2 is. Om dit probleem te omzeilen, onderzocht een grote en groeiende hoeveelheid literatuur verschillende indirecte benaderingen van motor opleiding.
Een dergelijke benadering van de indirecte opleiding maakt gebruik van fysieke praktijk met één hand te voeren prestatieverhogingen in de andere (niet-beoefend) hand. Dit verschijnsel, bekend als cross-onderwijs (CE) of de overdracht van het intermanual, is uitgebreid bestudeerd van 3,4,5,6,7,8,9 en gebruikt om prestaties in de verschillende motor taken 10,–11,12te verbeteren. Bijvoorbeeld, in de instellingen van de vaardigheid van sport, hebben studies aangetoond dat opleiding basketbal dribbelen in de ene hand verplaatst naar verhoogd dribbelen mogelijkheden in de andere, ongetrainde hand 13,14,15.
In een andere indirecte benadering, wordt motorisch leren vergemakkelijkt door het gebruik van visuele of sensorische feedback. Bij het leren door observatie, is gebleken dat aanzienlijke prestatieverhogingen gewoon door het observeren van iemand anders uitvoeren van de taak16,17,18,19 passief kunnen worden verkregen ,20. Ook proprioceptieve training, waarin de ledemaat passief wordt verplaatst, was ook te zien aan het verbeteren van prestaties op motor taken 12,21,22,23,24 , 25 , 26.
Samen stellen deze onderzoekslijnen voor dat sensorische input een belangrijke rol bij het leren speelt. Hier, we laten zien dat online sensorische feedback (visueel en proprioceptief) manipuleren tijdens fysieke training van één ledemaat in augmented prestaties winst in de tegenovergestelde ledemaat resulteert. We beschrijven een opleiding regime dat optimaal resultaat in een hand, bij gebrek aan de vrijwillige fysieke training levert. De conceptuele nieuwigheid van de voorgestelde methode schuilt in het feit dat het combineert de drie verschillende vormen van leren – namelijk leren door observatie, CE en passieve beweging. Hier onderzocht wij of het verschijnsel van CE, samen met gespiegelde visuele feedback en passieve beweging, kan worden benut om te leren in gezonde proefpersonen bij gebrek aan vrijwillige fysieke beweging van de ledematen van de opleiding te vergemakkelijken.
Het concept in deze opstelling verschilt van directe pogingen om fysiek trainen de hand. Op methodologisch niveau – introduceren wij een nieuwe setup, met inbegrip van geavanceerde technologieën zoals 3D virtual reality, en aangepaste ingebouwde apparaten waarmee manipuleren van visuele en proprioceptieve input in een natuurlijke milieu omgeving. Aantonen van de verbeterde resultaat met behulp van de voorgestelde opleiding heeft belangrijke gevolgen voor het leren van de echte wereld. Bijvoorbeeld kinderen sensorische feedback gebruiken op een wijze die verschilt van die van volwassenen27,28,29 en voor het optimaliseren van motorisch leren, kinderen langere praktijk kunnen vereisen. Het gebruik van CE samen met gemanipuleerde sensorische feedback misschien opleiding duur te beperken. Bovendien, verwerving van vaardigheden van de sport kan worden vergemakkelijkt met behulp van dit soort geavanceerde training. Ten slotte kan dit gunstig voor de ontwikkeling van een nieuwe aanpak voor de revalidatie van patiënten met unilaterale motor tekorten zoals beroerte blijken.
We beschrijven de installatie van een nieuwe opleiding en aantonen hoe virtuele sensorische feedback te embedding in een real-world milieu optimaliseert motorisch leren in een hand die niet wordt getraind onder vrijwillige controle. We gemanipuleerd feedback in twee modaliteiten: visuele en proprioceptieve.
Er zijn een paar essentiële stappen in het gepresenteerde protocol. Ten eerste, het systeem bestaat uit verschillende afzonderlijke onderdelen (handschoenen, VR headset, camera en passieve beweging apparaat) die zorgvuldig moeten worden aangesloten tijdens het opzetten van de VR omgeving. Te dien einde moet de experimentator houden de exacte volgorde zoals beschreven in het protocol en controleer of onderwerpen gemak.
De combinatie van visuele en proprioceptieve manipulatie tijdens training geïntroduceerd aanzienlijk hogere prestaties winsten in de hand niet opgeleid ten opzichte van andersoortige opleiding bestaande zoals leren door observatie17, en CE3 met en zonder passieve hand bewegingen24,25,26.
Het is een open vraag of de verbeterde prestaties winsten in de huidige demonstratie veralgemeent naar andere taken, opleiding duur, feedback modaliteiten of hand identiteiten (links van de actieve hand, of bi-manual bewegingen). De huidige studie werd beperkt tot rechtshandige onderwerpen met behulp van een eenvoudige vinger reeks taak. Bovendien, is de proprioceptie manipulatie in de huidige setup gebaseerd op een systeem dat zeer beperkte bewegingen (zoals vinger flexie/extensie toelaat) voor een relatief korte training. Verdere werkzaamheden is vereist om het dan van de gepresenteerde setup voor andere soorten gedrag.
De huidige setup kan op verschillende manieren worden uitgebreid. Eerste, nieuwe soorten modaliteiten kunnen worden toegevoegd, bijvoorbeeld bindende verschillende auditieve geluiden aan verschillende vinger bewegingen tijdens de taak van de reeks. Dit kan resulteren in een supra-additief effect dat zal leren in de ongetrainde hand verder te optimaliseren. Ten tweede, het huidige ontwerp van het systeem kan een eenvoudig swap tussen de vrijwillige bewegende hand (rechterhand in de huidige beschrijving) en de passief yoked hand (linkerhand). Toekomstige studies kunnen kapitaliseren op deze flexibiliteit om te onderzoeken hoe directionaliteit van overdracht (tussen dominante en niet-dominante handen3) het niveau van de prestaties bij het gebruik van de gepresenteerde zintuiglijke manipulaties kan wijzigen. Tot slot kan de unieke VR setup die wij ontwikkeld worden aangepast aan meer complexe taken (in tegenstelling tot de taak van de reeks eenvoudige vinger). Virtuele simulatie van externe objecten, zoals ballen, pinnen en platen kan worden ingebed in de veldsituatie verstrekken van een rijke en boeiende opleiding ervaring.
Wat betreft de toekomstige toepassingen, het effect beschreven in deze studie gemakkelijk inzetbaar met klinische populaties zoals patiënten met hemiparesis van de bovenste ledematen door invoering van fysieke training met de gezonde hand en visuele feedback te leveren als de getroffen hand verplaatsen. Gezien het feit dat vrijwillig toezicht op het getroffen ledemaat in dergelijke populaties beperkt is, heeft dit opleidingsplan het potentieel van de uitdagingen van de directe fysieke therapie van de getroffen hand te omzeilen en misschien wat resulteert in een beter herstel tarieven30 ,31. Deze aanpak, benutting van het fenomeen van de Kruis-onderwijs en spiegel-therapie, samen met gevestigde revalidatie taken, is niet eerder getest in klinische patiënten en heeft het potentieel voor het verstrekken van een efficiëntere revalidatie regime. Tot slot, aangezien deze opstelling gedeeltelijk heer compatibel is, het maakt het gebruik van geheel-hersenen functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) sonde van de relevante neurale circuits bezet tijdens dergelijke opleiding12.
The authors have nothing to disclose.
Deze studie werd ondersteund door de kern van de Planning en budgettering Comité en de Israël Science Foundation (grant nr. 51/11), en The Israel Science Foundation programma (verleent no. 1771/13 en 2043/13) (R.M.); de Yosef Sagol beurs voor onderzoek neurowetenschap, de Israëlische presidentiële ere beurs voor onderzoek neurowetenschap en de Sagol School of Neuroscience fellowship (O.O.). De financiers had geen rol in de studie ontwerp, gegevensverzameling en analyse, besloten tot bekendmaking of voorbereiding van het manuscript. De auteurs bedanken E. Kagan en A. Hakim voor hulp bij data-acquisitie, Lihi Sadeh en Yuval Wilchfort met filmen en setup, en O. Levy en Y. Siman-Tov van Rehabit-Tec systeem voor het verstrekken van toegang tot het apparaat passieve beweging.
Oculus Development Kit 1 | Oculus VR | The Oculus Rift DK1 is a virtual reality headset developed and manufactured by Oculus VR, and contains development kit. | |
5DT Data Glove 14 MRI Right-handed and left handed | Fifth dimension Technologies | 100-0009 and 100-0010 | The 5DT Data Glove Ultra is designed to satisfy the stringent requirements of modern Motion Capture and Animation Professionals. It offers comfort, ease of use, a small form factor and multiple application drivers. The high data quality, low cross-correlation and high data rate make it ideal for realistic realtime animation. |
PlayStation Eye Camera | Sony | The PlayStation Eye (trademarked PLAYSTATION Eye) is a digital camera device, similar to a webcam, for thePlayStation 3. The technology uses computer vision and gesture recognition to process images taken by the camera. | |
REHABILITATION SYSTEM REHABIT-TEC | Rehabit-Tec | www.rehabit-tec.com | The Rehabit-Tec Rehabilitation system is a rehabilitation system intended to allow a CVA injured individual advance self rehabilitation on the basis of mirror movements |