Posibilități de mișcare a părților paralizate ale corpului: cercetare și metode de bază

Îmbunătățirea calității vieții persoanelor cu un anumit tip de handicap este obiectivul Grupului de tehnologie de reabilitare de la Centrul de cercetare fizică Wigner al Academiei Maghiare de Științe. Printre altele, cercetătorii încearcă să creeze o reglare artificială care să permită membrelor paralizate să recâștige forța musculară activă.

Cercetarea de reabilitare este atât cercetarea de bază, pe care tehnologiile și metodele pot fi construite ulterior, cât și dezvoltarea metodelor în sine. Corpul uman și mișcarea umană sunt complexe: este necesară o abordare fiziologică, fizică, biologică și inginerească pentru ca instrumentele de reabilitare să funcționeze.

Grupul de tehnologie de reabilitare a Centrului de Cercetare Fizică Wigner al Academiei Maghiare de Științe există în forma sa actuală din 2014, dar se uită înapoi la decenii de istorie în diferite institute ale Institutului Central de Cercetare Fizică (KFKI). Una dintre principalele zone de cercetare ale grupului este reabilitarea persoanelor care au devenit parțial imobile din cauza leziunilor sistemului nervos. Cuvântul cheie în acest caz este reabilitarea mișcării, pe care matematicianul József Laczkó, liderul grupului, explică faptul că unii au pierdut - senzorial sau motor, adică senzorial sau motor - înlocuirea funcției utilizând funcții de mișcare reziduală și control artificial. Acesta nu este un leac, este o chestiune de medicină. Reabilitarea permite persoanelor cu dizabilități să ducă o viață mai sănătoasă și mai independentă.

Care sunt aceste alte caracteristici?

Corpul uman însuși înlocuiește funcțiile: orbii obțin de obicei mai multe informații prin auz și atingere decât cei cu vedere. Surzii pot urmări și citi pe gură ce trebuie să facă pentru auz.

Tehnologiile de reabilitare completează în mod similar funcțiile lipsă, dar necesită o proiectare serioasă de inginerie, colectarea și evaluarea datelor la scară largă.

Sănătatea începe cu mișcarea: mișcarea activă este bună pentru circulație, respirație, oase și mușchi, îmbunătățește starea generală de sănătate și menține starea generală. De aceea este important - mai ales pentru leziunile tinere ale măduvei spinării cu care se confruntă decenii de viață înainte - găsiți cât mai multe moduri posibile de a muta părțile paralizate ale corpului. Există mai multe soluții la acest lucru. Grupul de cercetare de la MTA Wigner FK cercetează posibilitățile de mișcare activă.

„Încercăm să creăm o reglementare artificială care să permită membrelor paralizate să recâștige forța musculară activă”. - a spus József Laczkó despre munca grupului. „Activ” în acest caz înseamnă că mușchii se contractă datorită stimulării electrice, iar controlul mișcării efectuat de sistemul nervos central la o persoană neparalizată este efectuat de un dispozitiv de stimulare externă la pacienții a căror leziune a măduvei spinării necesită o comandă în mișcare nu ajunge de la creier la mușchi. Pacienții cu picioarele paralizate se antrenează și la Institutul Național de Reabilitare Medicală și la Departamentul de Științe ale Sănătății și Medicină Sportivă al Universității de Educație Fizică. Lucrările privind stimularea electrică funcțională au fost inițiate cu participarea și colaborarea Universității Catolice Pázmány Péter în aceste instituții. „Ciclismul este bun deoarece poate fi practicat timp de 20-25 de minute, oferă exerciții periodice, bune în timpul cărora puteți obosi și este bun pentru starea dumneavoastră fiziologică.” - a explicat cercetătorul. În acest caz, este important ca pacientul să nu fie mișcat de cineva, ci de propriii mușchi, care, pe lângă pozitivele fizice, contează foarte mult psihologic și pentru acești oameni.

Cum se mișcă omul?

Uitați-vă la ce aveți la îndemână! Dacă găsiți un pix, ridicați-l cu mâna o dată sau de două ori pentru a scrie, dacă aveți un pahar, ridicați-l la gură de câteva ori în timp ce urmăriți traiectoria mâinii! Mișcările nu vor fi perfect identice, dar vor fi foarte asemănătoare între ele. Oamenii de știință discută, de asemenea, dacă creierul încearcă să implementeze un model ideal intern în toate cazurile sau dacă numai legile fizice afectează aceste mișcări. Ce este cert: creierul dă o comandă, trece prin sistemul nervos, stimulul electric determină contractarea mușchilor și mișcarea are loc.

Știința controlului motor încearcă să înțeleagă de ce o anumită mișcare umană se întâmplă așa cum este, ce se poate măsura dintr-o mișcare. În plus față de cercetarea aplicată descrisă mai sus, aceste cercetări de bază sunt abordate și la MTA Wigner FK. De asemenea, implică oameni sănătoși care își măsoară activitatea sub diferite sarcini și apoi folosesc metode matematice și statistice pentru a determina ce stimulare musculară de care au nevoie membrele lor pentru a trece de la datele de măsurare de la zeci de oameni. Cercetările privind stimularea funcțională a mușchilor electrici nu se limitează la Wigner FK al Academiei Maghiare de Științe: Facultatea de Științe a Universității din Pécs, Facultatea de Tehnologia Informației și Bionică a Universității Catolice Pázmány Péter și Universitatea de Educație Fizică joacă un rol important în program. cercetarea necesită munca coordonată și comună a fizicienilor, matematicienilor, inginerilor, profesioniștilor din domeniul sănătății.

Ar putea apărea în orice centru de reabilitare

Peste douăzeci de pacienți participă la tratamente, un program de lungă durată pentru persoanele cu leziuni ale măduvei spinării. Metoda este gata să devină parte a procedurilor zilnice de reabilitare, dar aceasta ar necesita achiziționarea de biciclete de exerciții și alte echipamente în centrele de reabilitare, precum și instruirea asistenților. Până în prezent, nu există un forum medical care să finanțeze o astfel de extindere. La grupul de cercetare Wigner FK al Academiei Maghiare de Științe, aceștia spun: sunt încă recunoscători Institutului Național de Reabilitare Medicală pentru acordarea accesului pacienților. Toată lumea a lucrat bine împreună: pacienții s-au mutat, cercetătorii puteau rafina metoda, iar institutul putea aplica un nou tip de tratament.

Dintre direcțiile posibile ale cercetării grupului, „cercetarea relației om-mașină” este foarte interesantă: controlul ritmului electronic bazat pe semnale care sunt măsurate prin activitatea creierului (relația creier-mașină) sau mișcările reziduale ale corpului (relația corp-mașină) ). Cu toate acestea, acesta este viitorul mai îndepărtat. „Dacă vorbesc despre asta, oamenii vor crede că vom reuși să realizăm acest lucru de mâine. Nu vreau să provoc vise deșarte ” - a avertizat József Laczkó. Scopul imediat este de a permite ciclismul manual după stimularea mușchilor picioarelor la pacienții care au, de asemenea, membrele superioare paralizate - acest lucru se poate întâmpla mai devreme.

Omul este întotdeauna mai grațios decât un robot

Controlul mișcării oferă sute de întrebări și domenii de cercetare. Nu este interesant doar selectarea mușchilor stimulați - aceștia sunt întinderea coapsei și mușchii flexori ai coapsei, printre altele, atunci când mergeți cu bicicleta -, dar și momentul contracției și împărțirea muncii între mușchi, cooperarea bine coordonată a mușchilor.

O secvență de mișcări repetate de o sută de ori are variație, nu va exista întotdeauna exact aceeași mișcare, dar nu vor exista diferențe mari. Dacă apar - de exemplu, deoarece subiectul are boala Parkinson sau a suferit un accident vascular cerebral - indică o eroare de control. Echipa de cercetare de la MTA Wigner FK nu studiază stimulii cerebrali, zona lor de cercetare este periferia, adică mișcarea brațelor și picioarelor. Cu toate acestea, datele măsurate la exercițiu sunt adecvate pentru a concluziona care principii de reglementare pot fi încălcate.

Această varietate a mișcării noastre este una dintre caracteristicile noastre care o deosebește de mașini. Un braț robotizat va afișa întotdeauna aceeași succesiune de mișcări pentru care a fost programat. Cu excepția, bineînțeles, de pe ecran, unde vedem mai ales mișcarea umană digitalizată în loc de mișcări robotice mai unghiulare, ceea ce face ca mașinile să devină mai umane.

Mișcarea în spațiu este diferită

Boala sistemului nervos, cum ar fi accident vascular cerebral, este doar un factor care poate afecta controlul motorului. „Am fost, de asemenea, implicat într-un proiect NASA care privea mișcările în greutate. Dacă nu există gravitație, schimbă regulamentul ” - a spus József Laczkó. Puterea musculară aplicată, rezistența de depășit sau viteza de mișcare pot, de asemenea, schimba semnificativ parametrii. Acestea, la rândul lor, pot fi repetate în lucrările de reabilitare și în controlul neuroprotezelor. Există, de asemenea, parteneri colaboratori ai cercetătorilor MTA Wigner FK în acest domeniu, inclusiv Institutul de reabilitare din Chicago.

Nu toată mișcarea

Deși grupul de cercetare face multe despre controlul mișcărilor, acesta nu este singurul domeniu de cercetare.

Cel puțin la fel de importantă este aplicația Mobile Assistant (MOST) pentru nevăzători, care face smartphone-urile pe deplin utilizabile cu o mască realizată cu o imprimantă 3D.

De ce este necesar acest lucru atunci când smartphone-urile au majoritatea un cititor de ecran? Deoarece unii utilizatori nu doresc să vorbească cu telefonul lor, plus că au învățat să introducă caractere în Braille foarte repede. Masca ar trebui să fie așezată pe ecranul telefonului mobil, ca o copertă din spate a telefonului. Găurile din mască sunt ușor de găsit cu degetele, făcând ecranul tactil, care poate fi perceput ca o placă de sticlă, altfel netedă, plimbabilă și tactilă. Pe lângă introducerea textului, programul vă permite, de asemenea, să porniți aplicații care rulează pe telefon, să începeți să citiți text și să editați text.

Potrivit cercetătorilor care au dezvoltat masca și aplicația, noii utilizatori prosperă după o oră și jumătate de antrenament. Noul lucru trebuie înțeles doar din punctul de vedere al telefoniei inteligente: experiența că persoanele în vârstă preferă soluția mascată. Ei sunt cei care sunt mai buni la Braille. Cei mai tineri au învățat deja să scrie pe un computer și sunt, de asemenea, folosiți pentru a citi ecranul software-ului, majoritatea au nevoie de soluții diferite. Grupul este mândru că software-ul NOW are și un utilizator surdo-orb: telefonul său îi oferă feedback sub formă de semnale vibrante de firimituri.

Incorporarea grupului de cercetare se datorează și faptului că cea de-a zecea conferință majoră a Societății Internaționale de Control al Motorului a avut loc la Budapesta în 2015 cu participarea oamenilor de știință din 31 de țări.