Vi beskriver en ny virtuell virkelighet basert oppsett som utnytter frivillig kontroll med en hånd å forbedre motor-skill ytelsen i den andre (ikke-trente) hånden. Dette oppnås ved å tilby sanntids bevegelse-basert sensorisk feedback som om den ikke-trente hånden beveger seg. Denne nye tilnærmingen kan brukes til å forbedre rehabilitering av pasienter med ensidige hemiparesis.
Så langt som er opptatt av å anskaffe motoriske ferdigheter, er opplæring av frivillig fysisk bevegelse overordnet alle andre former for trening (f.eks opplæring av observasjon eller passiv bevegelse av trainee’s hendene av en robot enhet). Dette åpenbart gir en stor utfordring i rehabiliteringen av en paretic lem siden frivillig kontroll av fysisk bevegelse er begrenset. Her beskriver vi en roman training ordningen har vi utviklet som har potensial til å omgå denne store utfordringen. Vi utnyttet frivillig kontroll av én hånd og levert sanntid bevegelse-basert manipulert sensorisk feedback som derimot går. Visuelle manipulasjon gjennom virkelig realitet (VR) ble kombinert med en enhet som åk venstre fingrene til å passivt følge høyre frivillig fingerbevegelser. I sunn fag viser vi forbedret i økt ytelse av en lem i fravær av frivillig fysisk trening. Resultatene i friske tyder på at trening med unike VR oppsettet kan også være fordelaktig for pasienter med øvre lem hemiparesis ved å utnytte frivillig kontroll av seg sunt å forbedre rehabilitering av berørte hånden.
Fysisk trening er den mest effektive formen for trening. Selv om denne tilnærmingen er godt etablert1, er det svært utfordrende i tilfeller hvor grunnleggende motor evne av trening hånden er begrenset2. For å omgå dette problemet, undersøkt en stor og voksende mengde litteratur ulike indirekte tilnærminger motor trening.
En slik indirekte trening tilnærming bruker fysisk trening med en hånd for å innføre ytelsesgevinster i den andre (ikke-praktisert) hånden. Dette fenomenet er kjent som cross-utdanning (CE) eller intermanual overføring, har vært studert 3,4,5,6,7,8,9 og brukes til å forbedre ytelsen i ulike finmotoriske oppgaver 10,11,12. For eksempel i sport dyktighet innstillinger, har studier vist at opplæring basketball drible i den ene hånden overfører til økt drible evner i andre, utrente hånd 13,14,15.
En annen indirekte tilnærming er motor læring tilrettelagt gjennom bruk av visuelle eller sensorisk feedback. I læring av observasjon, har det vært vist at betydelige gevinster kan skaffes ved passivt observere andre utføre oppgave16,17,18,19 ,20. Tilsvarende ble proprioceptive trening, som flyttes passivt lem, også vist å forbedre ytelsen på finmotoriske oppgaver, 12,,21,,22,,23,,24 , 25 , 26.
Sammen tyder disse linjene forskning på at sanseinntrykk spiller en viktig rolle i læring. Her viser vi at manipulere online sensorisk feedback (visuell og proprioceptive) under fysisk trening av en lem gir utvidet ytelsesforbedring i motsatt lem. Vi beskriver en lærer opp område som gir optimal ytelse utfallet i en hånd, i fravær av sin frivillig fysisk trening. Konseptuelle nyheten av den foreslåtte metoden ligger i det faktum at den kombinerer tre ulike former for læring – nemlig lære ved observasjon, CE og passiv bevegelse. Her undersøkt vi om fenomenet CE, speilet visuell tilbakemelding og passiv bevegelse, kan utnyttes til rette for læring i sunn fag i fravær av frivillig fysisk bevegelse av trening lem.
Konseptet i dette oppsettet er forskjellig fra direkte forsøk å trene fysisk hånden. På metodisk nivå – introduserer vi en roman oppsett inkludert avanserte teknologier som 3D virtuell virkelighet og tilpasset bygget enheter som tillater manipulere visuelle og proprioceptive inndata i miljømessige naturomgivelser. Demonstrere forbedret utfallet med den foreslåtte treningen har viktige konsekvenser for reell læring. For eksempel barn bruke sensorisk feedback på en måte som er forskjellig fra voksne27,28,29 og for å optimalisere motor læring, barn kan kreve lengre perioder av praksis. Bruk av CE med manipulert sensorisk feedback kan redusere trening varighet. Videre kan oppkjøp av sport ferdigheter bli lettere med denne typen opplærings. Til slutt, kan dette være gunstig for utviklingen av en ny tilnærming for rehabilitering av pasienter med ensidig motor underskudd som slag.
Vi beskriver en roman trening oppsett og demonstrere hvordan innebygging virtuelle sensorisk feedback i virkelige omgivelser optimaliserer motor læring i en hånd som ikke er utdannet frivillige kontroll. Vi manipulert tilbakemeldinger i to modaliteter: visuell og proprioceptive.
Det er noen viktige skritt i presentert protokollen. Først består systemet av flere separate komponenter (hansker, VR hodetelefoner, kamera og passiv bevegelse enhet) som skal kobles nøye når du konfigurerer miljøet VR. Derfor, skal eksperimentator beholde rekkefølgen som er beskrevet i protokollen og kontrollere fag bekvemmelighet.
Kombinasjonen av visuelle og proprioceptive manipulasjon under trening introdusert betydelig høyere ytelse i den ikke-trente hånden i forhold til andre eksisterende trening typer som læring av observasjon17, og CE3 med og uten passiv hånd bevegelser24,25,26.
Det er et åpent spørsmål om det forsterket gjennomførelse gevinster i gjeldende demonstrasjonen generaliserer til andre oppgaver, trening varighet, tilbakemeldinger modaliteter eller hånd identiteter (venstre aktive hånd eller bi-manuelle bevegelser). Denne studien var begrenset til høyrehendt fag ved hjelp av en enkel finger sekvens aktivitet. I tillegg er Propriosepsjon manipulering i gjeldende oppsett basert på et system som lar svært begrenset bevegelser (som finger strekking/extension) for en relativt kortsiktige trening. Videre arbeid må etablere generalizability for presentert til andre typer atferd.
Gjeldende oppsett kan utvides på flere måter. Første, nye typer modaliteter kan legges for eksempel bindende ulike auditiv lyder til forskjellige fingerbevegelser under aktiviteten sekvens. Dette kan resultere i en supra-additiv effekt som vil ytterligere optimalisere læring i utrente hånden. Andre muliggjør gjeldende utforming av systemet en enkelt bytte mellom frivillig flytte hånden (høyre hånd i gjeldende beskrivelse) og passivt yoked hånd (venstre). Fremtidige studier kan kapitalisere på denne fleksibiliteten å undersøke hvordan retningen på overføring (mellom dominerende og ikke-dominante hender3) kan endre nivået av ytelse ved presentert sensoriske manipulasjoner. Til slutt, unike VR oppsettet vi utviklet kan være tilpasset mer komplekse oppgaver (i motsetning til enkel finger sekvens oppgaven). Virtuelle simulering av eksterne objekter som baller, pins og styrene kan bygges i den virkelige miljøet gir en rik og engasjerende opplevelse.
Som fremtidige, kan effekten beskrevet i denne studien lett brukes med klinisk bestander som pasienter med øvre lem hemiparesis ved å innføre fysisk trening med den friske hånden og gir visuelle tilbakemeldinger som om den berørte hånden flytte. Gitt at frivillig kontroll av de berørte Lem er begrenset slik bestander, har denne opplæringsprogram potensial til omgå utfordringer direkte fysioterapi av berørte hånden og kanskje resulterer i bedre utvinning priser30 ,31. Denne tilnærmingen, utnytte fenomenet kryss-utdanning og speil-terapi, sammen med veletablerte rehabilitering oppgaver, tidligere testet i klinisk pasienter og har potensial for å gi en mer effektiv rehabilitering regimet. Til slutt, siden dette oppsettet er delvis MR kompatibel, muliggjør bruk av hele-hjerne funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI) å undersøke de relevante nevrale kretsene engasjert under slike trening12.
The authors have nothing to disclose.
Denne studien ble støttet av jeg-kjernen programmet i planlegging og budsjettering komiteen Israel Science Foundation (grant no. 51/11), og The Israel Science Foundation (tilskudd nr 1771/13 og 2043/13) (RM); Yosef Sagol stipend for nevrovitenskap forskning, israelske Presidential æres stipend for nevrovitenskap forskning og Sagol skolen av nevrovitenskap fellesskap (O.O.). Fond ikke hadde noen rolle i studien design, innsamling og analyse, beslutningen om å publisere eller utarbeidelse av manuskriptet. Forfatterne takker E. Kagan og A. Hakim hjelp med datainnsamling, Lihi Sadeh og Yuval Wilchfort med filming og oppsett, og O. Levy og Y. Siman-Tov fra Rehabit-Tec System for å gi tilgang til passiv bevegelse enheten.
Oculus Development Kit 1 | Oculus VR | The Oculus Rift DK1 is a virtual reality headset developed and manufactured by Oculus VR, and contains development kit. | |
5DT Data Glove 14 MRI Right-handed and left handed | Fifth dimension Technologies | 100-0009 and 100-0010 | The 5DT Data Glove Ultra is designed to satisfy the stringent requirements of modern Motion Capture and Animation Professionals. It offers comfort, ease of use, a small form factor and multiple application drivers. The high data quality, low cross-correlation and high data rate make it ideal for realistic realtime animation. |
PlayStation Eye Camera | Sony | The PlayStation Eye (trademarked PLAYSTATION Eye) is a digital camera device, similar to a webcam, for thePlayStation 3. The technology uses computer vision and gesture recognition to process images taken by the camera. | |
REHABILITATION SYSTEM REHABIT-TEC | Rehabit-Tec | www.rehabit-tec.com | The Rehabit-Tec Rehabilitation system is a rehabilitation system intended to allow a CVA injured individual advance self rehabilitation on the basis of mirror movements |