Intelligente robotergestützte Rehabilitation nach Schlaganfall
Schlaganfälle sind eine der Hauptursachen für dauerhafte Behinderungen, die in den meisten Fällen das Gehen beeinträchtigen. Robotergestütztes Gehtraining(öffnet in neuem Fenster) ist ein vielversprechender Rehabilitationsansatz, mit dem Menschen ihre Gehfähigkeit wiedererlangen könnten. Bei diesem Training werden spezielle Robotergeräte eingesetzt, durch die Betroffene mit elektromechanischer Unterstützung gehen können. Das sorgt für eine kontrolliertere und intensivere Trainingserfahrung als bei der herkömmlichen Physiotherapie. Betroffene können ihr Gangbild wiedererlernen, ihr Gleichgewicht verbessern und Muskeln aufbauen.
Benutzergesteuerte Rehabilitation mit robotergestütztem Gehtraining
Bislang beruht das robotergestützte Gehtraining auf vorinstallierten Schrittparametern, sodass die angedachte Schrittrichtung der Benutzenden nicht beachtet wird. Daher nehmen die Nutzenden oft nur passiv am Training teil und die neuroplastischen Veränderungen und die Wiederherstellung werden nur begrenzt erreicht. Wenn die Nutzenden nicht aktiv zu den Schritten beitragen, schränkt dies ihre Möglichkeiten des motorischen Lernens und der Rehabilitation ein. Wenn das Gerät einen Schritt ausführt, der nicht mit der angedachten Schrittrichtung des Benutzenden übereinstimmt, kommt es zudem zu einer negativen Rückmeldung, was das motorische Lernen und die Wiederherstellung weiter beeinträchtigt. Unterstützt durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) verfolgte das Projekt PRO GAIT(öffnet in neuem Fenster) das Ziel, diese derzeitigen Beschränkungen beim robotergestützten Gehtraining auszuräumen, indem ein intelligentes Gerät entworfen wird, das jeden Schritt unter Einbeziehung des Benutzenden plant. „Wir wollten einen reaktionsfähigen Ansatz erarbeiten, der die Richtung des angedachten Schritts des Benutzenden interpretieren und wiedergeben kann, um so das volle Potenzial des robotergestützten Gehtrainings für die Gangrehabilitation zu erschließen“, erklärt die Projektkoordinatorin Olive Lennon.
Die Wirkung von robotergestütztem Gehtraining auf die Gehirnaktivität
Neben der Neuroplastizität des Gehirns ist für die Gangrehabilitation nach einem Schlaganfall die Möglichkeit für wiederholtes Training wichtig. Robotische Gehhilfen ermöglichen zwar wiederholtes Training, ihr neuroplastisches Potenzial zur Wiederherstellung ist jedoch noch unbekannt. Das Konsortium von PRO GAIT hat unser Verständnis darüber vertieft, wie diese robotischen Hilfsmittel sich auf die Gehirn- und Muskelaktivität beim Gehen auswirken. Die Forschenden erkannten, dass das robotergestützte Gehtraining das Gangmuster der Menschen beeinflusst und zu Veränderungen der Gehirnaktivität in Bereichen führt, die für Bewegung, Aufmerksamkeit und Sehen zuständig sind. Interessanterweise wiesen die Gehirnaktivitäten von Schlaganfallbetroffenen bei diesem Training andere Muster auf als die von gesunden Personen. Die Verbesserungen beim Gehen nach einem Schlaganfall durch die robotische Gehhilfe standen nicht in direktem Zusammenhang mit bestimmten Gehirnaktivitätsmustern oder der Koordination zwischen Gehirn und Muskeln. Es sind also möglicherweise reaktionsfähigere Roboter erforderlich, die Veränderungen im Gehirn im Zusammenhang mit dem Gehen bewirken können, um die Rehabilitationsergebnisse zu verbessern.
Den Kreislauf zwischen Exoskelett und Mensch schließen
Der Einsatz von neuronalen Biosignalen beim robotischen Gangtraining(öffnet in neuem Fenster) ist nicht neu. Die Daten der Elektroenzephalographie müssen jedoch noch sinnvoll und in Echtzeit für das robotergestützte Gehen von Schlaganfallbetroffenen ausgenutzt werden, um den „Kreislauf“ zwischen Mensch und Roboter zu schließen. PRO GAIT setzte erfolgreich ein vortrainiertes Klassifizierungssystem ein, um kortikale Modulationen von Gehirnsignalen zu interpretieren und die durch das Exoskelett vermittelte Bewegung korrekt einzuleiten. Die Forschenden haben auch die Anwendung neuronaler Netze zur Vorhersage von Vorwärtsschritten mit einem angemessenen Grad an Genauigkeit vorangetrieben. In Zukunft wird sich PRO GAIT darauf konzentrieren, weiter auf den im Rahmen des Projekts gewonnenen umfangreichen Erkenntnisse aufzubauen, insbesondere im Bereich der Vorhersage von Bewegungsabläufen. Diese dynamische Vorhersagefähigkeit birgt ein immenses Potenzial für die sofortige Integration in Anwendungen des robotergestützten Gehtrainings. „Wir wollen diese Erkenntnisse nutzen und hochmoderne KI-Systeme entwickeln, die Schrittrichtungen in Echtzeit zuverlässig vorhersagen können“, betont Lennon.
Schlüsselbegriffe
PRO GAIT, Rehabilitation, Schlaganfall, robotergestütztes Gehtraining, Exoskelett, KI, künstliche Intelligenz
