Udar mózgu stanowi główną przyczynę długotrwałej niepełnosprawności, która u większości pacjentów wiąże się z zaburzeniami chodzenia. Technologia rehabilitacji chodu z wykorzystaniem robotów (robotic-assisted gait training – RAGT) stanowi obiecujące podejście do rehabilitacji, które pomaga pacjentom odzyskać umiejętność chodzenia.
Technologia RAGT polega na wykorzystaniu specjalistycznych urządzeń zrobotyzowanych, które umożliwiają pacjentom chodzenie ze wspomaganiem elektromechanicznym. Takie rozwiązanie pozwala na bardziej ukierunkowany i intensywny trening w porównaniu z tradycyjną fizjoterapią, pomagając pacjentom odtworzyć wzorce chodu, poprawić równowagę i rozwinąć siłę mięśniową.
Rehabilitacja RAGT dostosowana do potrzeb pacjentów
Do tej pory technologia RAGT opierała się na wstępnie zaprogramowanych parametrach kroków, w ogóle nie uwzględniając zamierzonej trajektorii kroków użytkownika rozwiązania. Skutek był taki, iż użytkownicy często stawali się jedynie balastem dla urządzenia, co ograniczało potencjał rehabilitacji w zakresie uzyskania zmian neuroplastycznych i powrotu do zdrowia. Gdy użytkownicy nie biorą aktywnego udziału w procesie stawiania kroków, ogranicza to możliwości nauki i utrudnia proces rehabilitacji ruchowej. Co więcej, jeżeli urządzenie wykonuje krok, który jest sprzeczny z trajektorią obraną przez pacjenta, przekazuje negatywną informację zwrotną, dodatkowo utrudniając proces uczenia się ruchów i odzyskiwania sprawności ruchowej.
Projekt PRO GAIT realizowany dzięki wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie” miał na celu wyeliminowanie istniejących ograniczeń technologii RAGT poprzez opracowanie inteligentnego urządzenia, które planuje każdy krok z udziałem użytkownika.
– Naszym celem było stworzenie responsywnego rozwiązania, które może interpretować i realizować trajektorię zamierzonego kroku użytkownika, co pozwoli na wykorzystanie pełni potencjału technologii RAGT do ponownej nauki chodzenia – wyjaśnia Olive Lennon, koordynatorka projektu.
Wpływ technologii RAGT na aktywność mózgu
Ponowna nauka chodzenia po udarze wymaga neuroplastyczności mózgu oraz możliwości wykonywania powtarzalnych ćwiczeń. Podczas gdy zrobotyzowane urządzenia wspomagające chód oferują potrzebną powtarzalność, ich możliwości w zakresie neuroplastyczności wymaganej do powrotu do zdrowia pozostają niezbadane.
Dzięki pracom konsorcjum PRO GAIT udało się lepiej zrozumieć, w jaki sposób te zrobotyzowane urządzenia wspomagające chód wpływają na aktywność mózgu i mięśni podczas chodzenia. Zrealizowane przez badaczy badania wykazały, iż technologia RAGT wpływa na sposób chodzenia ludzi i prowadzi do zmian w aktywności mózgu w obszarach odpowiedzialnych za ruch, uwagę i wzrok.
Co ciekawe, aktywność mózgu pacjentów po udarze podczas rehabilitacji RAGT charakteryzowała się innymi wzorcami niż w przypadku osób zdrowych. Poprawa umiejętności chodzenia po udarze dzięki wykorzystaniu robotycznego urządzenia wspomagającego chód nie była bezpośrednio związana z określonymi wzorcami aktywności mózgu ani koordynacją między mózgiem a mięśniami. Wskazuje to na potrzebę stworzenia bardziej responsywnych robotów, które mogą stymulować zmiany w mózgu związane z chodem w celu poprawy wyników rehabilitacji.
Rozwiązanie łączące egzoszkielet z człowiekiem
Wykorzystywanie biosygnałów neuronowych w procesie ponownej nauki chodzenia z wykorzystaniem rozwiązań robotycznych nie jest nowością. Mimo to dane elektroencefalograficzne nie były dotychczas skutecznie wykorzystywane w czasie rzeczywistym podczas rehabilitacji chodu z wykorzystaniem robotów u pacjentów po udarze mózgu, co pozwoliłoby na zoptymalizowanie integracji między człowiekiem a robotem.
W projekcie PRO GAIT badaczom z powodzeniem udało się wykorzystać uprzednio wytrenowany system klasyfikacji do interpretacji modulacji korowych sygnałów mózgowych w celu prawidłowego zainicjowania ruchu za pośrednictwem egzoszkieletu. Naukowcy poczynili również postępy w zastosowaniu sieci neuronowych do przewidywania trajektorii kroków do przodu z zadowalającym stopniem dokładności.
W przyszłości zespół projektu PRO GAIT skoncentruje się na wykorzystaniu obszernych wniosków wyciągniętych w trakcie projektu, szczególnie dotyczących przewidywania trajektorii ruchu. Możliwości w zakresie dynamicznego przewidywania wiążą się z olbrzymim potencjałem z punktu widzenia rozwiązań RAGT.
– Naszym celem jest wykorzystanie opracowanej wiedzy i zbudowanie najnowocześniejszych systemów sztucznej inteligencji, które pozwolą na niezawodne prognozowanie trajektorii kroków w czasie rzeczywistym – podkreśla Olive Lennon.
