Sanal gerçeklik ortamındaki motor görüntüleri, beyin-bilgisayar arayüz sistemlerinde geniş uygulamalara sahiptir. Bu el yazması, daldırmayı ve vücut sahipliği duygusunu geliştirmek için sanal gerçeklik ortamında katılımcı tarafından hayal edilen hareketleri gerçekleştiren katılımcılara benzeyen kişiselleştirilmiş dijital avatarların kullanımını özetlemektedir.
Bu çalışma, beyin-bilgisayar arayüzleri (BCI) ve sanal gerçeklik (VR) teknolojilerini üç boyutlu (3D) avatarların özelleştirilmesiyle entegre ederek nörolojik rehabilitasyon için yenilikçi bir çerçeve sunmaktadır. Rehabilitasyona yönelik geleneksel yaklaşımlar, öncelikle derinden sürükleyici ve etkileşimli bir deneyim sağlayamamaları nedeniyle, genellikle hastaları tam olarak meşgul etmekte başarısız olur. Bu araştırma, katılımcıların fiziksel hareketleri gerçek bir uygulama olmadan görselleştirdikleri motor görüntüleme (MI) tekniklerini kullanarak bu boşluğu doldurmaya çalışmaktadır. Bu yöntem, beynin sinirsel mekanizmalarından yararlanır, hareketleri hayal ederken hareketin yürütülmesinde yer alan alanları aktive eder ve böylece iyileşme sürecini kolaylaştırır. Hayal edilen hareketlerle ilişkili beyin aktivitesini yakalamak ve yorumlamak için VR’nin sürükleyici yeteneklerinin elektroensefalografi (EEG) hassasiyetiyle entegrasyonu, bu sistemin çekirdeğini oluşturur. Kişiselleştirilmiş 3D avatarlar biçimindeki Dijital İkizler, sanal ortama dalma hissini önemli ölçüde artırmak için kullanılır. Bu yüksek somutlaşma duygusu, hasta ile sanal muadili arasındaki bağlantıyı güçlendirmeyi amaçlayan etkili rehabilitasyon için çok önemlidir. Bunu yaparak, sistem sadece motor görüntü performansını iyileştirmeyi değil, aynı zamanda daha ilgi çekici ve etkili bir rehabilitasyon deneyimi sağlamayı da amaçlamaktadır. BCI’nin gerçek zamanlı uygulaması sayesinde sistem, hayal edilen hareketlerin 3D avatar tarafından gerçekleştirilen sanal eylemlere doğrudan çevrilmesine olanak tanıyarak kullanıcıya anında geri bildirim sunar. Bu geri besleme döngüsü, motor kontrol ve iyileşmede yer alan nöral yolları güçlendirmek için gereklidir. Geliştirilen sistemin nihai amacı, motor görüntüleme egzersizlerini daha etkileşimli ve kullanıcının bilişsel süreçlerine duyarlı hale getirerek etkinliğini önemli ölçüde artırmak ve böylece nörolojik rehabilitasyon alanında yeni bir yol açmaktır.
Nörolojik bozukluğu olan hastalar için rehabilitasyon paradigmaları, beyin-bilgisayar arayüzleri (BCI) ve sürükleyici sanal gerçeklik (VR) gibi ileri teknolojilerin entegrasyonu ile dönüştürücü bir değişim geçiriyor ve iyileşmeyi teşvik etmek için daha incelikli ve etkili bir yöntem sunuyor. BCI tabanlı rehabilitasyonun merkezinde yer alan teknik olan motor imgeleme (MI), gerçek motor yürütme olmadan fiziksel hareketlerin zihinsel provasını içerir1. MI, bir hareketi hayal etmenin, fiziksel eylemin kendisini gerçekleştirme şeklini yakından yansıtan bir beyin aktivitesi modelini tetiklediği sinirsel bir mekanizmadan yararlanır 2,3,4. Spesifik olarak, MI’ya girmek, beynin elektriksel aktivitesinin alfa (8-13 Hz) ve beta (13-25 Hz) frekans bantlarındaolayla ilgili senkronizasyon bozukluğu (ERD) olarak bilinen bir fenomene yol açar 5,6,7. ERD, gerçek hareket sırasında da gözlenen bir model olan temel beyin ritimlerinin baskılanmasının bir göstergesidir, böylece BCI destekli rehabilitasyon çerçeveleri7 içinde MI kullanımı için nöral bir substrat sağlar. MI ve fiziksel hareket arasındaki kortikal aktivasyondaki böyle bir benzerlik, MI’nın motor kontrolde yer alan sinir ağlarını etkili bir şekilde uyarabileceğini ve bu da onu motor eksikliği olan hastalar için değerli bir araç haline getirdiğini göstermektedir8. Ayrıca, MI uygulaması, eylem gözlem stratejilerini içerecek şekilde sadece zihinsel provanın ötesine genişletilmiştir9. Görevle ilgili vücut bölümlerinin veya başkalarındaki eylemlerin hareketini gözlemlemek, hem eylem gözlemine hem de yürütmeye yanıt veren bir grup nöron olan ayna nöron ağını (MNN) aktive edebilir9. Fonksiyonel MRI10, pozitron emisyon tomografisi11 ve transkraniyal manyetik stimülasyon12 dahil olmak üzere çeşitli nörogörüntüleme modaliteleri ile kanıtlandığı gibi, MNN’nin gözlem yoluyla aktivasyonunun kortikal plastisiteyi indüklediği gösterilmiştir. Kanıtlar, eylem gözlemi ile geliştirilen MI eğitiminin, etkilenen bireylerde önemli nöral adaptasyon ve iyileşmeye yol açabileceği fikrini desteklemektedir.
Sanal gerçeklik teknolojisi, beden sahipliği duygusunu artıran ve gerçek ve sanal dünyalar arasındaki ayrımları bulanıklaştıran sürükleyici bir ortam sunarak MI tabanlı rehabilitasyon alanında devrim yarattı 13,14,15. VR’nin sürükleyici kalitesi, katılımcıların sanal ortamı gerçek olarak algılamasına olanak tanıdığı için onu eylem gözlemi ve motor görüntü pratiği için etkili bir araç haline getirir15. Araştırmalar, VR cihazlarının geleneksel 2D monitör ekranlarına kıyasla MI eğitimi üzerinde daha belirgin bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir15,16. Bu tür bulgular, sensorimotor kortekste artan ERD genlik oranları gibi gelişmiş nöral aktivite ile kanıtlanır ve görsel rehberli MI egzersizleri sırasında beyin aktivitesini uyarmada daha yüksek daldırma seviyelerinin faydalarını vurgular16. Sistem, doğrudan geri bildirim sağlayarak kol veya uzuv hareketlerini içeren görevler için MI performansının iyileştirilmesine yardımcı olur ve böylece rehabilitasyon sürecini iyileştirir16,17. MI ve VR arasındaki sinerji, duyusal, algısal, bilişsel ve motor aktivitelerin entegrasyonunu vurgular18,19. Çalışmalar, VR’nin MI tabanlı rehabilitasyon protokollerine entegre edilmesinin rehabilitasyon süresini önemli ölçüde azaltabileceğini ve iyileşme sonuçlarını iyileştirebileceğini gösterdiğinden, kombinasyon özellikle inme mağdurları20,21 ve savaş gazileri22 için faydalı olmuştur. Rehabilitasyonda VR’nin benzersiz özelliği, özel olarak tasarlanmış bir sanal ortamda bir mevcudiyet duygusu yaratma yeteneğinde yatmaktadır ve bu, motor rehabilitasyon çalışmalarında giderek daha fazla kullanılan, kullanıcının vücudunu temsil eden sanal avatarların dahil edilmesiyle daha da artırılan rehabilitasyon deneyimini geliştirmektedir23. Bu avatarlar, uzuv hareketlerinin gerçekçi bir üç boyutlu temsilini sunar, MI’ya yardımcı olur ve motor korteks aktivasyonunu önemli ölçüde etkiler. VR, katılımcıların belirli görevleri yerine getirirken sanal benliklerini görselleştirmelerine izin vererek, yalnızca MI deneyimini zenginleştirmekle kalmaz, aynı zamanda daha hızlı ve etkili bir sinirsel yeniden düzenleme ve kurtarma sürecini de teşvik eder24. MI eğitiminde sanal avatarların ve simüle edilmiş ortamların uygulanması, sanal bedenlerin sürükleyici sanal dünyalarda doğal ve entegre kullanımını vurgular.
Rehabilitasyon için MI’da 3D avatarların BCI tabanlı kontrolünün dikkate değer avantajlarına rağmen, çevrimdışı metodolojilerin baskın kullanımında önemli bir sınırlama devam etmektedir. Şu anda, çoğu BCI uygulaması, daha sonra bir avatarı manipüle etmek için kullanılan önceden kaydedilmiş elektroensefalografi (EEG) verilerinin yakalanmasını içerir24,25. Gerçek zamanlı avatar kontrolünün sağlandığı senaryolarda bile, bu avatarlar genellikle geneldir ve temsil ettikleri katılımcılarabenzemez 23. Bu genel yaklaşım, etkili rehabilitasyon için çok önemli olan bedene dalmayı ve bedene sahip olma duygusunu derinleştirmek için kritik bir fırsatı kaçırmaktadır24. Konunun tam benzerliğini yansıtan bir 3D avatarın oluşturulması, deneyimin sürükleyici deneyimini önemli ölçüde artırabilir16. Katılımcılar kendilerini sanal dünyada görselleştirerek, hayal ettikleri ve gerçek hareketleri arasında daha güçlü bir bağlantı kurabilirler, bu da potansiyel olarak daha belirgin ERD modellerine ve dolayısıyla daha etkili sinirsel adaptasyon ve iyileşmeye yol açabilir16. BCI ve VR alanı, kişiselleştirilmiş 3D avatarların gerçek zamanlı kontrolüne doğru ilerleyerek, rehabilitasyon paradigmalarını önemli ölçüde iyileştirebilir ve hastanın iyileşmesi için daha incelikli, ilgi çekici ve etkili bir yöntem sunabilir.
Mevcut el yazması, 3D avatarların VR tabanlı gerçek zamanlı BCI kontrolünün hem donanım hem de yazılımının oluşturulmasını, tasarımını ve teknolojik yönlerini sunarak, motor rehabilitasyon ortamlarına entegrasyonunu destekleyen yenilikçi sonuçlarını vurgulamaktadır. Önerilen sistem, denek tarafından üretilen motor görüntü sinyallerini yakalamak için elektroensefalografi (EEG) kullanacak ve daha sonra avatarın hareketlerini ve eylemlerini gerçek zamanlı olarak kontrol etmek için kullanılacaktır. Mevcut yaklaşım, VR teknolojisinin gelişmiş yeteneklerini, hayal edilen hareketlerle ilgili beyin aktivitesini tanıma ve yorumlamada EEG’nin hassasiyetiyle birleştirecek ve kullanıcıların düşüncelerinin gücüyle dijital ortamlarla etkileşime girmeleri için daha ilgi çekici ve etkili bir arayüz oluşturmayı amaçlayacaktır.
MI’nın VR teknolojisi ile birlikte uygulanması, beynin motor planlama ve yürütme için doğal mekanizmalarından yararlanarak rehabilitasyon için umut verici bir yol sunmaktadır. MI’nın belirli beyin frekans bantlarında olayla ilgili senkronizasyon bozukluğunu indükleme yeteneği, fiziksel hareketin nöral aktivitesini yansıtır 2,3,4, motor kontrolde yer alan sinir ağlarını devreye sokmak ve güçlendirmek için s…
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar, tüm katılımcılara zaman ayırdıkları ve katılımları için teşekkür eder.
Alienware Laptop | Dell | High-end gaming laptop with GTX1070 Graphics Card | |
Oculus Rift-S VR headset | Meta | VR headset | |
OpenBCI Cyton Daisy | OpenBCI | EEG system | |
OpenBCI Gel-free cap | OpenBCI | Gel-free cap for placing the EEG electrodes over the participant's scalp |