Έλληνες επιστήμονες από το ΑΠΘ θα χρησιμοποιήσουν ρομποτική τεχνολογία, επαυξημένη/ εικονική πραγματικότητα και παιχνίδια σοβαρού σκοπού για να δώσουν σε ασθενείς με εγκεφαλικό ή με κακώσεις του νωτιαίου μυελού τις κινητικές λειτουργίες που έχουν χάσει.
Ο ασθενής που έχει υποστεί εγκεφαλικό ή κάκωση νωτιαίου μυελού φοράει το ρομποτικό κοστούμι (τζάκετ, πανταλόνι και γάντια) που φέρει διαφορετικών ειδών αισθητήρες και στέκεται μπροστά από την οθόνη, ώστε οι κινήσεις του στον πραγματικό κόσμο να έρθουν σε απόλυτη συμφωνία με τον εικονικό κόσμο του παιγνίου σοβαρού σκοπού που πρόκειται να ξεκινήσει σε λίγο δηλαδή, να συντονιστεί το παιχνίδι με τη ρομποτική συσκευή.
Πρέπει να εκτελέσει με ακρίβεια και με συγκεκριμένο τρόπο τις ασκήσεις που θα δει στην οθόνη, οι επιδόσεις του στις οποίες θα καταγραφούν και θα βαθμολογηθούν.
Και κάπως έτσι ο ασθενής θα «βυθιστεί» στο εικονικό περιβάλλον και με βιοαισθητική ανάδραση (με τη βοήθεια αισθητήρων) θα αρχίζει να «χτίζει» τις νευρωνικές συνδέσεις που θα τον καθοδηγήσουν στο ταξίδι αποκατάστασης που έχει ξεκινήσει… Έτσι περιέγραψαν, κατά τη διάρκεια του 10ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Βιοϊατρικής Τεχνολογίας (EΛΕΒΙΤ), που διοργανώθηκε παράλληλα με το Aristotle Medical Forum, οι ερευνητές του Εργαστηρίου Ιατρικής Φυσικής και Ψηφιακής Καινοτομίας του Τμήματος Ιατρικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, τις κλινικές μελέτες μέσης κλίμακας σε πραγματικούς ασθενείς που πρόκειται να ξεκινήσουν άμεσα.
Οι Έλληνες επιστήμονες θα χρησιμοποιήσουν ρομποτική τεχνολογία, επαυξημένη/ εικονική πραγματικότητα (Augmented Reality/ Virtual Reality) και παιχνίδια σοβαρού σκοπού (serious gaming) για να δώσουν σε νευρολογικούς ασθενείς (με εγκεφαλικό ή με κακώσεις του νωτιαίου μυελού) τις κινητικές λειτουργίες που έχουν χάσει.
Και εδώ ακριβώς βρίσκεται και η είδηση, καθώς η συγκεκριμένη κλινική μελέτη είναι η πρώτη του είδους που διενεργείται στην Ελλάδα και από τις ελάχιστες παρόμοιες που έχουν διενεργηθεί ή διενεργούνται παγκοσμίως.
Μια δεκάχρονη προσπάθεια
Οι ερευνητές του Εργαστηρίου, στο οποίο ηγείται ο καθηγητής Παναγιώτης Μπαμίδης, καλούνται τώρα να εφαρμόσουν στην κλινική πράξη μια προσπάθεια που ξεκίνησε το 2013 με το πρόγραμμα CSI: Brainwave και που κορυφώνεται τώρα με δύο προγράμματα, το NeuroSuitUp (Νευροαποκατάσταση μέσω συνεργικών διεπαφών ανθρώπου-μηχανής, προάγοντας την αδρανή νευροπλαστικότητα στην κάκωση νωτιαίου μυελού) που ολοκληρώνεται και το σχεδόν «φρέσκο» HEROES (Human Extremity Robotic Rehabilitation and Outcome Enhancement for Stroke), που άρχισε τον Φεβρουάριο του 2022 και που θα ολοκληρωθεί τον Φεβρουάριο του 2025.
Αξίζει να σημειωθεί πως το εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής και Ψηφιακής Καινοτομίας του Τμήματος Ιατρικής του ΑΠΘ υπήρξε πρωτοπόρο στον συγκεκριμένο επιστημονικό χώρο στην Ελλάδα και σιγά σιγά καταξιώθηκε διεθνώς.
«Τα προγράμματα σκοπεύουν να συνεχίσουν την ανάπτυξη διεπαφών ανθρώπου- μηχανής, να τρέξουν ένα πρωτόκολλο νευροαποκατάστασης και μια κλινική δοκιμή και να μελετήσουν συνδυαστικά τα αποτελέσματα στην αποκατάσταση της πλαστικότητας των νευρώνων», λέει ο o Δρ. Αλκίνοος Αθανασίου, νευροχειρουργός, αντιπρόεδρος της ΕΛΕΒΙΤ και μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Εργαστήριο.
Οι ερευνητές του Εργαστηρίου εδώ και αρκετά χρόνια εργάζονται στην τεκμηρίωση της παιγνιοποίησης ως μιας διαδρομής που μπορεί να οδηγήσει τόσο στην εκπαίδευση σε μαθησιακές διαδικασίες, όσο και στην εκπαίδευση σε μια διαδικασία νευροαποκατάστασης, όπως στα συγκεκριμένα προγράμματα.
«Όλοι μας θέλουμε να είμαστε ήρωες και ενθουσιαζόμαστε όταν ξεπερνάμε τον εαυτό μας. Αυτό καλείται να κάνει ένας άνθρωπος που έχει υποστεί εγκεφαλικό.
Χρειάζεται ψυχική ενδυνάμωση και γερό ηθικό, αλλά και έναν πραγματικό κύκλο νευρο-και βιοανάδρασης για να αρχίσει να χτίζει τη νευροπλαστικότητά του.
Εμείς προσπαθούμε μέσα από ένα παιχνίδι σοβαρού σκοπού να βγάλουμε τον άνθρωπο από τη δυσκολία του και να τον βάλουμε μέσα σε έναν εικονικό κόσμο, εν προκειμένω σε ένα γυμναστήριο, τον οποίο θα βρει ενδιαφέροντα και όπου θα παραμείνει χωρίς να σκέφτεται τη δυσκολία του», περιγράφει ο συνεργάτης του Εργαστηρίου Παναγιώτης Αντωνίου, που είναι μεταδιδακτορικός ερευνητής και Clinical Reader του Τμήματος Ιατρικής του ΑΠΘ.
Ο ίδιος περιγράφει πως η διαδικασία ξεκινά από τη συνταγόγραφηση συγκεκριμένου ασκησιολογίου από κάποιον ειδικό γιατρό.
Ο ασθενής φορώντας τη ρομποτική συσκευή και αφού έχει βρει την κατάλληλη θέση με τη βοήθεια αισθητήρων, βλέπει στην οθόνη τον εικονικό προπονητή του να τον καλεί να εκτελέσει αυτές τις ασκήσεις με προκαθορισμένο ρυθμό. Μόλις τρέξει το χρονόμετρο και αρχίσει ο ασθενής να τις εκτελεί, μια μπάρα δείχνει τη στιγμιαία απόδοσή του, η οποία επιβραβεύεται στο τέλος συνολικά με ειδικά εφέ.
Στόχος του ασθενή, καθώς «τρέχει» το παιχνίδι είναι να γεμίσει με δύναμη το εικονικό είδωλό του.
Ευέλικτες ρομποτικές συσκευές
Η αναγκαιότητα των προγραμμάτων έφερε τους ερευνητές σε αντίθεση με καθιερωμένα μεταλλικά, ογκώδη, και βαριά ρομποτικά πρότυπα.
«Εμείς θέλαμε ελαφρές και ευέλικτες ρομποτικές συσκευές, που να μπορούν να φορεθούν ακόμη και στο σπίτι για να μας δώσουν τη δυνατότητα παρακολούθησης της κινητικής και μυϊκής δραστηριότητας», λέει με τη σειρά του ο υποψήφιος διδάκτορας στο εργαστήριο, Κωνσταντίνος Μητσόπουλος, συμπληρώνοντας πως για να επιτύχουν το μέγιστο της αποκατάστασης οι επιστήμονες προσπαθούν να αξιοποιήσουν οποιαδήποτε κινητικότητα έχει απομείνει στον ασθενή.
Ο ίδιος περιγράφει πως εκτός από τους αισθητήρες θέσης σε τμήματα της κινηματικής αλυσίδας που έχουν προσαρμοστεί στη ρομποτική συσκευή, υπάρχουν επίσης αισθητήρες για επιφανειακή ηλεκτρομυογραφία, αλλά και για έξτρα υποβοήθηση της κίνησης που επιχειρεί ο ασθενής την κάθε στιγμή με χρήση ηλεκτροδιέγερσης.
Ο στόχος είναι με τον καιρό ο χρήστης να χρειάζεται όλο και λιγότερη υποβοήθηση. Ο Δρ. Αθανασίου είναι συγκρατημένα αισιόδοξος για την εφαρμογή του εξωσκελετικού ρομποτικού συστήματος, παρότι η διέγερση της νευροπλαστικότητας έχει αρχίσει να εφαρμόζεται σε πιο ευρεία κλίμακα και να παράγει εντυπωσιακά αποτελέσματα ακόμα και σε επιλεγμένους χρόνιους ασθενείς: «Υπολογίζουμε να ξεκινήσουμε τις κλινικές δοκιμές τον ερχόμενο Νοέμβριο.
Στα δυο προγράμματά μας θα εντάξουμε ασθενείς με κάκωση νωτιαίου μυελού και με αγγειακά εγκεφαλικά, αλλά σε μελλοντικά προγράμματα θα επεκταθούμε και άλλες νευρολογικές ασθένειες, που περιλαμβάνουν τα νευροεκφυλιστικά νοσήματα αλλά και στην υποστήριξη ηλικιωμένων ανθρώπων με αυτές τις τεχνολογίες. Στο πρόγραμμα HEROES θα εντάξουμε 35 άτομα με μέτρια ή σοβαρά προβλήματα από εγκεφαλικό και 35 υγιή και στο NeuroSuitUp 10 άτομα με κακώσεις νωτιαίου μυελού και 10 υγιή.
Δεν αποκλείουμε ασθενείς που θέλουν να συμμετέχουν, χωρίς να συμπεριληφθούν στην κλινική μελέτη, αλλά σε κάποια άλλη παράλληλη».
Η κλινική μελέτη θα ολοκληρωθεί σε 3 συνεδρίες με ένα εξάμηνο διαφορά η μια από την άλλη.
Αυτές οι συνεδρίες θα περιλαμβάνουν περιβάλλον εικονικής πραγματικότητας (VRE) καθώς και τον έλεγχο των ρομποτικών βραχιόνων μέσω μιας διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI) και ανάπτυξη φορητών αισθητήρων για φυσιολογική καταγραφή παραμέτρων όπως ο καρδιακός ρυθμός, η πίεση ή η αγωγιμότητα του δέρματος.
Επιπλέον, οι συμμετέχοντες θα εκπαιδευτούν στον έλεγχο ανθρωπόμορφων ρομποτικών βραχιόνων, που έχουν αναπτυχθεί από το Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής ΑΠΘ, μέσω νοητικών ασκήσεων, ενώ θα χρησιμοποιηθεί ηλεκτροεγκεφαλογραφία υψηλής πυκνότητας (HD EEG) για την αξιολόγηση της λειτουργίας του εγκεφάλου και στις τρεις συνεδρίες, καθώς και λειτουργική Απεικόνιση Μαγνητικού Συντονισμού (fMRI) στην αρχική και την τελική συνεδρία.
Η φορητή ρομποτική και το σοβαρό παιχνίδι νευροαποκατάστασης είναι τα κύρια εργαλεία εκπαίδευσης, τα οποία θα εφαρμοστούν σε 12 δοκιμές κατά τη διάρκεια των 6 μηνών μεταξύ των συνεδριών.
Η τεχνητή νοημοσύνη (AI) θα χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο του επιπέδου δυσκολίας της εφαρμογής, προκειμένου να διατηρηθεί το βέλτιστο επίπεδο απόδοσης για λογαριασμό του συμμετέχοντος.
«Όλες οι τεχνολογίες που εμπλέκονται στο έργο είναι μη επεμβατικές και οι συμμετέχοντες δεν εκτίθενται σε κανέναν πόνο ή κίνδυνο.
Τα προσωπικά δεδομένα που θα συλλεχθούν αφορούν το ιατρικό ιστορικό και την κλινική κατάσταση των συμμετεχόντων.
Πρόσβαση στα δεδομένα θα έχουν μόνο τα αρμόδια μέλη της επιστημονικής ομάδας του προγράμματος HEROES του Εργαστηρίου Ιατρικής Φυσικής και Ψηφιακής Καινοτομίας του Τμήματος Ιατρικής του ΑΠΘ», καταλήγει ο Δρ. Αθανασίου.
