Ένα έξυπνο κοστούμι αναμένεται να βελτιώσει σημαντικά την αποκατάσταση μετά από σοβαρό τραυματισμό του νωτιαίου μυελού. Η λύση που υποστηρίζεται από AI θα αναπτυχθεί τα επόμενα τρία χρόνια από ερευνητές από το Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης και το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Χαϊδελβέργης. Συνδυάζει την ηλεκτρική προσομοίωση των μυών με την υποστήριξη για κίνηση χρησιμοποιώντας τεχνητούς τένοντες και αντιδρά στις κινήσεις που επιδιώκουν οι ασθενείς.
Τραυματισμοί του νωτιαίου μυελού ως αποτέλεσμα τροχαίων ή αθλητικών ατυχημάτων, επεμβάσεων όγκων ή λοιμώξεων έχουν δραματικό αντίκτυπο στις ζωές όσων επηρεάζονται. Καθημερινές δραστηριότητες όπως το φαγητό και το ποτό, το ντύσιμο ή η προσωπική υγιεινή δεν είναι πλέον δυνατές, ή αν ναι, τότε μόνο σε πολύ περιορισμένο βαθμό. Ωστόσο, τέτοιοι τραυματισμοί δεν είναι απαραίτητα μη αναστρέψιμοι. Για παράδειγμα, εάν οι μακριές νευρικές ίνες δεν διαχωρίζονται εξ ολοκλήρου από τον εγκέφαλο, παραμένουν κάποια υπολείμματα κινητικού ελέγχου.
Η τυπική θεραπεία δεν εκμεταλλεύεται πλήρως τις δυνατότητες
Η αποκατάσταση της λειτουργίας του χεριού και του χεριού βασίζεται κυρίως στην επαναλαμβανόμενη εκτέλεση ασκήσεων κινητικότητας, όπου οι ασθενείς απαιτείται, για παράδειγμα, να πιάσουν έναν κύλινδρο και να τον μετακινήσουν σε ένα συγκεκριμένο σημείο. Οι ασθενείς υποστηρίζονται από ειδικευμένους θεραπευτές ή μερικές φορές και από ρομπότ. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν λειτουργική ηλεκτρική προσομοίωση (FES), στην οποία τα ηλεκτρόδια πυροδοτούν στοχευμένες μυϊκές συσπάσεις, καθώς και εξωσκελετούς ή στολές.
Πρόκειται για ορθώσεις που υποστηρίζουν και βοηθούν την κίνηση χρησιμοποιώντας μηχανισμούς τροχαλίας ή φουσκωτούς θαλάμους αέρα. «Αν και έχει σημειωθεί μεγάλη πρόοδος τα τελευταία χρόνια, οι θεραπείες που είναι διαθέσιμες αυτή τη στιγμή δεν ανταποκρίνονται στις αρχές της κινητικής μάθησης», εξηγεί ο Castellini.
“Πρώτον, ειδικά οι αδύναμοι μύες δεν στοχεύονται επαρκώς, και δεύτερον, οι ασθενείς δεν ενθαρρύνονται ενεργά να εκτελούν χρήσιμες κινητικές ασκήσεις. Η εμπειρία μας έχει δείξει ότι αυτό οδηγεί σε μείωση της δέσμευσης των ασθενών με την πάροδο του χρόνου.” Σε συνδυασμό με το γεγονός ότι τα τρέχοντα μέτρα αποκατάστασης δεν είναι επαρκώς προσαρμοσμένα στις ατομικές απαιτήσεις και ικανότητες των ασθενών, αυτό σημαίνει ότι το πλήρες δυναμικό για θεραπεία δεν αξιοποιείται πλήρως.
Η ενσωματωμένη στολή αναγνωρίζει τις επιδιωκόμενες κινήσεις
Τα επόμενα τρία χρόνια, ο Claudio Castellini στοχεύει να συνεργαστεί με το Ινστιτούτο Επιστήμης Υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης και το Τμήμα Πειραματικής Νευροαποκατάστασης για να αναπτύξει ένα κοστούμι που αναμένεται να βελτιώσει σημαντικά την επιτυχία της θεραπείας μετά από τραυματισμούς νωτιαίου μυελού. Το Exo-Suit αποτελείται από ένα τζάκετ συμπίεσης, μανσέτες βραχιόνων και γάντια και συνδυάζει τα μέχρι σήμερα διαθέσιμα συστήματα υποστήριξης, όπως FES και μηχανική τροχαλίας, αλλά έχει μια ειδική προσθήκη: την αναγνώριση των κινήσεων που προορίζονται για τους ασθενείς με υποστήριξη AI.
«Οι ενσωματωμένοι αισθητήρες μετρούν τη μυϊκή δραστηριότητα», εξηγεί ο Marek Sierotowicz, υποψήφιος διδάκτορας που συμμετέχει στο έργο. “Οι αλγόριθμοι αυτομάθησης λαμβάνουν αυτήν την είσοδο και τη χρησιμοποιούν για να υπολογίσουν την προβλεπόμενη κίνηση του ασθενούς και να προσαρμόσουν ανάλογα τα συστήματα βοήθειας.” Συγκεκριμένα, αυτό σημαίνει ότι το AI λέει στο σύστημα FES και στο exo-suit όπου πρέπει να ενεργοποιηθούν οι μυϊκές συσπάσεις ή να τεντωθούν οι τροχαλίες για να υποστηριχθεί η επιδιωκόμενη κίνηση.
Η πρόθεση παρακολούθησης επιτρέπει στοχευμένη και ήπια θεραπεία
Για να λειτουργήσει αυτό, οι ερευνητές πρέπει πρώτα να κατασκευάσουν ένα πλήρες εικονικό μοντέλο της ανατομικής δομής των μυών και του σκελετού και να το εκπαιδεύσουν ανάλογα. «Θα πραγματοποιήσουμε τις αρχικές μας δοκιμές με άτομα που δεν είναι άτομα με ειδικές ανάγκες και θα συγκεντρώσουμε όσο το δυνατόν περισσότερα δεδομένα», λέει ο Sierotowicz. «Όσο καλύτερα εκπαιδεύουμε την τεχνητή νοημοσύνη, τόσο πιο αξιόπιστα θα είμαστε σε θέση να αναγνωρίζουμε τα μοτίβα κίνησης και τόσο με μεγαλύτερη ακρίβεια τα συστήματα υποβοήθησης θα μπορούν να λειτουργούν στο μέλλον».
Αυτό δεν είναι μόνο απαραίτητο για την ακριβή υποστήριξη της κίνησης, αλλά η έξυπνη αλληλεπίδραση μεταξύ EFS και ρομποτικών συστημάτων τροχαλίας εξασφαλίζει επίσης μια πιο ήπια μεταχείριση. Η εμπειρία έχει δείξει ότι η χρήση μόνο του FES απαιτεί υψηλή ένταση προσομοίωσης και οι ασθενείς συχνά το βρίσκουν δυσάρεστο. Οι ερευνητές είναι πεπεισμένοι ότι η εφεύρεσή τους θα οδηγήσει σε σημαντική βελτίωση στην επιτυχία της αποκατάστασης μετά από τραυματισμό του νωτιαίου μυελού.