Indicațiile colorate susțin pacienții cu accidente vasculare în controlul dispozitivelor protetice
Controlul unui braț robotic, al unei mâini protetice sau al unui dispozitiv de reabilitare este mai complicat decât pare.
De exemplu, ridicarea unui ou necesită exact cantitatea potrivită de forță: prea puțin și acesta cade, prea mult și se sparge.
Pentru persoanele care folosesc proteze sau pacienții care se recuperează după un accident vascular, acest tip de control fin poate fi deosebit de dificil, deoarece feedback-ul vizual și tactil este adesea redus sau absent. Cu cât feedback-ul disponibil este mai puțin, cu atât devine mai greu să controlezi mișcarea cu acuratețe.
Cercetătorii au încercat de mult timp să abordeze această provocare, includând vibrații, sunete sau indicii vizuale care să substituie ceea ce un membru ar simți de obicei. Aceste metode de „feedback senzorial augmentat” pot ajuta, dar adesea necesită hardware suplimentar și oferă totuși o înlocuire incompletă pentru senzația naturală.
O echipă condusă de Pierre Vassiliadis și Friedhelm Hummel la Institutul Neuro-X de la EPFL, împreună cu Silvestro Micera și Solaiman Shokur, a testat o idee mai simplă: în loc să încerce să recreeze senzațiile lipsă, ar putea ajuta creierul să învețe din succes pe măsură ce acesta se întâmplă?
Majoritatea abordărilor de antrenament le spun utilizatorilor dacă au avut succes doar după ce o mișcare este finalizată. Un scor final sau un mesaj de succes nu pot dezvălui care parte a unei acțiuni complexe a mers prost.
Echipa EPFL a conceput, în schimb, o modalitate de a oferi informații despre succes în timpul mișcării. În cinci studii cu 106 participanți, inclusiv 18 pacienți cronici cu accident vascular, aceștia au fost rugați să urmărească o țintă în mișcare timp de șapte secunde, folosind un cursor controlat prin strângerea unui senzor de forță sau prin contractarea bicepsului.
Pe măsură ce participanții urmăreau ținta, culoarea acesteia se schimba în timp real în funcție de performanța recentă: verde pentru succes, roșu pentru eșec. Semnalul s-a adaptat pe măsură ce participanții au progresat, menținând sarcina provocatoare și feedback-ul semnificativ. În experimentele de control, culorile se schimbau aleatoriu, iar participanții erau rugați să le ignore.
Rezultatul a fost remarcabil: mai puțin de 20 de sesiuni de practică cu acest feedback simplu bazat pe culoare au dus la îmbunătățiri imediate în controlul motor, iar aceste câștiguri au persistat și după ce feedback-ul a fost eliminat.
Nu toată lumea a răspuns în mod egal. Abordarea „color” a funcționat cel mai bine atunci când alte surse de feedback erau limitate. Atunci când participanții puteau vedea cursorul doar o treime din timp, beneficiul performanței era de aproximativ trei ori mai mare decât atunci când aveau feedback vizual complet.
Un model similar a apărut într-un experiment separat utilizând o interfață bazată pe activitatea musculară, unde beneficiul a crescut atunci când feedback-ul tactil artificial a fost redus.
Pacienții cu accident vascular au arătat, de asemenea, îmbunătățiri în condiții de vedere scăzută, deși câștigurile lor nu au persistat odată ce antrenamentul s-a oprit. Cercetătorii sugerează că acest lucru ar putea fi cauzat de durata scurtă a antrenamentului și de diferențele în modul în care memoriile motorii se formează după o leziune cerebrală.
Nu toți participanții au răspuns la fel. Cei cu o sensibilitate mai mare la recompensă—o trăsătură de personalitate legată de sistemul de recompensă al creierului—au arătat îmbunătățiri mai mari, atât printre voluntarii sănătoși, cât și printre pacienții cu accident vascular. Aceasta sugerează că, într-o zi, ar putea fi posibil să se prezică care pacienți sunt susceptibili să beneficieze de acest tip de antrenament.
Echipa a analizat modul în care informația circula între participanți și interfață și a descoperit că întărirea în timp real a ajutat la compensarea pierderii corecțiilor motorii moment la moment atunci când inputul senzorial era rar. În loc să încurajeze utilizatorii să exploreze strategii noi după ce au făcut greșeli, semnalul de culoare i-a ajutat să valorifice și să consolideze acțiunile care funcționau deja.
„Datorită simplității sale, metoda ar putea fi adăugată la multe dintre sistemele existente de protezare, reabilitare și interfețe om-mașină, cu un cost suplimentar minim,” afirmă Vassiliadis. „Prin valorificarea capacității naturale a creierului de a învăța din recompensă, întărirea în timp real ar putea oferi o modalitate scalabilă de a face antrenamentul interfeței motorii mai rapid, mai simplu și mai eficient.”
