Zaburzenia świadomości i neurorehabilitacja

MONITOROWANIE PARAMETRÓW UKŁADÓW FIZJOLOGICZNYCH

Zachowanie układów fizjologicznych takich jak układ krążenia lub oddychania zależy nie tylko od wewnętrznego stanu człowieka, stabilizując metabolizm, ale również od zewnętrznych czynników, które modyfikują wewnętrzne parametry odpowiednich układów. Kluczowe problemy badawcze są następujące:

– Czy istnieje korelacja pomiędzy parametrami układów i, na przykład, emocjami, które są pobudzane podczas eksperymentów lub sytuacji życiowych?

– Jakie zmiany w parametrach występują podczas wysiłku w badaniach diagnostycznych układu oddechowego?

– Czy można pobudować model takiego układu w celu przewidywania stanu w jakimś krótkim okresie?

Zainteresowania naukowe w ww. kierunku koncentrują się wokół tworzenia układów pomiarowych monitorowania parametrów oddechu, natlenienia krwi i tętna i dalej w rozbudowie metod wstępnej analizy odpowiednich sygnałów. Prowadzone eksperymenty psychologiczne oraz badania medyczne wykorzystujące takie układy umożliwiają dodanie do głównych wyników również rezultaty obserwacji zmian w odpowiednich układach fizjologicznych. Wpisuje się to w szerszy obszar badań – tzw. informatykę afektywną (ang. affective computing – AC). Wywodzi sie ona z wczesnych badań prowadzonych już od lat 60. XX w., rozwiniętych w latach 90-tych XX w. (R. W. Picard, MIT). Próbuje ona wypełnić lukę komunikacyjną pomiędzy emocjonalnym człowiekiem a pozbawionymi emocji systemami teleinformatycznymi przez rozwijanie systemów rozpoznających emocje (śledzenie gestykulacji, śledzenie ruchów ciała i postawy, przechwytywanie ekspresji twarzy czy pomiar i analiza cech akustycznych) i reagujących na nie. Emocje, odczytywane na podstawie zmian parametrów fizjologicznych człowieka, mogą stanowić dodatkowy kanał komunikacji niewerbalnej przyśpieszający osiągniecie porozumienia pomiędzy człowiekiem a maszyną oraz uzupełniajacy bardziej tradycyjne formy (modalności) komunikacji.

Temat badań powstał podczas pracy nad grantem badawczym UMK „Poszukiwanie metod analizy danych wyników obserwacji pacjentów we wczesnym okresie udaru niedokrwiennego mózgu dla monitorowania, diagnostyki i krótkoterminowego prognozowania stanu chorych przy uwzględnieniu badań spirografii mózgowej” (506-F). W wynikiem tej pracy powstał układ pomiarowy: czujnik przepływy powietrza oraz system komputerowy analizy sygnału oddechowego.

Celem obecnych badań jest opracowanie metod wykorzystania układów pomiarowych oddechu i tętna w badaniach między innymi zmiany emocji, uwagi, zmęczenia w różnych ważnych dla LNK badaniach psychologicznych oraz zastosowanie takich układów w celach diagnostyki medycznej, w tym chorób układu oddechowego. W ujęciu przyszłościowym może to zapewnić:

• identyfikację mechanizmów przetwarzania informacji leżących u podstaw emocjonalnego zachowania (w tym sytuacji stresu, braku czasu, itp.),
• identyfikację fizycznych i psychicznych manifestacji emocji (w tym emocji skrywanych),
• monitorowanie emocji i mechanizmów ich ekspresji różnych sytuacjach,
• badanie wpływu emocji na działanie człowieka, w tym ich bezpośredniego i pośredniego wpływu na procesy decyzyjne w różnych sytuacjach,
• identyfikację metod i technik  interpretacji fizycznych i psychicznych manifestacji emocji – na podobieństwo ich interpretacji przez drugiego człowieka (obserwatora zaangażowanego lub zewnętrznego),
• przechwytywanie i wykorzystanie ww. wrażeń (modele obliczeniowe),
• budowanie teorii zachowania człowieka i testowanie ich na modelach obliczeniowych i w badaniach eksperymentalnych.

Zespół: Oleksandr Sokołow, Sebastian Meszyński, Dariusz Mikołajewski

ZINTEGROWANA DIAGNOSTYKA I TERAPIA W ZABURZENIACH ŚWIADOMOŚCI

Tematyka zintegrowanej diagnostyki, terapii i opieki w grupie pacjentów z zaburzeniami świadomości pozostaje ważnym naukowo i klinicznie tematem, w którym jest jeszcze wiele do zrobienia. Zaburzenia świadomości (w tym stan wegetatywny, stan minimalnej świadomości, zespół zamknięcia) są elementem wielu zespołów chorobowych, w tym związanych z wystąpieniem udarów, uszkodzeń mózgowo-czaszkowych, ciężkich zatruć czy chorób metabolicznych. Obecna dokładność diagnostyki (w tym częściowo zautomatyzowanej) wymaga poprawy, a terapia i opieka są silnie zindywidualizowane, co czyni je wymagającymi w stosunku do personelu medycznego oraz rodzin/opiekunów pacjentów.

Cele prac LNK w ww. obszarze jest wypracowanie:

• zintegrowanego systemu teleinformatycznego diagnostyki w zaburzeniach świadomości, w tym w oparciu o wcześniejsze rozwiązanie, jakim jest zintegrowany system teleinformatycznych osoby niepełnosprawnej opisany w szeregu artykułów i rozdziałów,
• metodyki wykorzystania interfejsów mózg-komputer w diagnostyce zaburzeń świadomości, w tym w oparciu o rozwiązania komercyjne takie jak EMOTIV EEG, ich praktyczna weryfikacja z wykorzystaniem narzędzi badawczych EEG oraz ocena porównawcza możliwości wybranych rozwiązań.
• procedur wykorzystania zaopatrzenia rehabilitacyjnego w grupie pacjentów z zaburzeniami świadomości jako wspomagającego proces terapeutyczny (w sposób silnie indywidualny: utrzymanie obecnego stanu pacjenta, wspieranie procesu zdrowienia), ważna jest tu ocena przydatności dotychczas wykorzystywanych narzędzi badawczych w kompleksowej ocenie potrzeb pacjentów z zaburzeniami świadomości w zakresie szeroko pojętego zaopatrzenia rehabilitacyjnego (od pieluch do robotów rehabilitacyjnych, interfejsów mózg-komputer i neuroprotez), stopnia ich zaspokojenia oraz wypracowanie metodyki w tym zakresie do wykorzystania w badaniach prowadzonych w latach kolejnych. Problematyka ta nie została dotychczas dostatecznie zbadana, a wyniki niniejszych badań mogą się przyczynić do znacznej poprawy efektowności rehabilitacji, opieki i jakości życia w tej grupie pacjentów.
• rehabilitacja pacjentów z zaburzeniami świadomości jako zindywidualizowany proces prowadzony przez wielodyscyplinarny zespół terapeutyczny z wykorzystaniem podejścia eklektycznego/mieszanego (tj. indywidualnego łączenia różnych metod, technik i narzędzi zgodnie z celami rehabilitacji, stanem realizacji planu rehabilitacji, i cyklicznymi ocenami stanu pacjenta), Ważnym elementem jest tu ocena przydatności dotychczas wykorzystywanych metod rehabilitacyjnych w kompleksowej neurorehabilitacji oraz diagnostyce funkcjonalnej pacjentów z zaburzeniami świadomości, a także wypracowanie metodyki w tym zakresie do wykorzystania w badaniach prowadzonych w latach kolejnych. Pomimo ponad 60 lat badań problematyka ta nie została dotychczas dostatecznie zbadana, a wiarygodność dowodów naukowych w świetle paradygmatu medycyny opartej na faktach jest w neurorehabilitacji dalece niewystarczająca.
• sposobu obrazowego badania wpływu kompresji w proprioceptywnym oddziaływaniu na układ nerwowy. Ocena technik dotychczas wykorzystywanych w ramach metod rehabilitacyjnych (m.in. Proprioceptive Neuromuscular Facilitation – PNF, NDT-Bobath) w kompleksowej neurorehabilitacji pacjentów z deficytami neurologicznymi, w tym z zaburzeniami świadomości. Problematyka ta nie została dotychczas dostatecznie zbadana, a wiarygodność dowodów naukowych w świetle paradygmatu medycyny opartej na faktach jest dalece niewystarczająca.

Zespół:

Tomasz Komendziński (koordynator), Włodzisław Duch, Joanna Dreszer, Michał Joachimiak, Dariusz Mikołajewski, Emilia Mikołajewska,, B. Augustyńska, Bibianna Bałaj

Rehab360 – Urządzenie wirtualnej rzeczywistości do rehabilitacji osób po przebytym urazie mózgu.

Udar mózgu (UM) jest chorobą cywilizacyjną, której najwyższy wskaźnik umieralności spośród państw europejskich występuje w Polsce. Zapadalność na udar mózgu w Polsce wynosi 177/100 tys. i 125/100 tys. odpowiednio dla mężczyzn i kobiet. Szacuje się, że w związku z rosnącą średnią długością życia, osób po przebytym UM będzie przybywać przy obecnym stanie 60 tys. nowych zachorowań rocznie. Uraz mózgu w odróżnieniu do udaru spowodowany jest działaniami siły zewnętrznej, która najczęściej występuje w wyniku wypadku. Świadomi pacjenci po przebytym urazie mózgu wykazują podobne, lecz silniejsze, powikłania w zakresie ograniczenia ruchu do udaru. Związane są one z zaburzeniami w pracy mózgu spowodowanymi jego uszkodzeniami spowodowanymi urazem. Dodatkowo, bardzo wysoki odsetek chorych zapada na depresję, która może redukować przeżywalność, podwyższa ryzyko nawrotów choroby oraz obniża motywację do ćwiczeń.

Badania naukowe ostatnich lat wykazują zwiększoną skuteczność terapii ruchowej z użyciem wirtualnej rzeczywistości. Ze względu na to, że monotonne, specyficzne ruchy powtarzane z dużą intensywnością mogą być interakcją w grze komputerowej odbieranej za pomocą okularów WR, o wiele łatwiej jest wzbudzić motywację do ich wykonania. Dodatkowo, można wzmacniać odczucie wykonanego ruchu ze względu na to, że jego odbiór jest kontrolowany poprzez zanurzenie w WR.

Celem projektu jest zbadanie efektywności nowej metody terapii polegającej na wykorzystaniu okularów WR do odbioru wideo 360° z udziałem osób i miejsc znajomych pacjentowi, strumieniowanego w czasie rzeczywistym. Celem badań będzie sprawdzenie czy i w jakich warunkach taki rodzaj terapii, oprócz podnoszenia wskaźników możliwości motorycznych, wpływa na zmniejszenie odsetka pacjentów wykazujących symptomy depresji. Badania są podzielone na dwie części. W pierwszej z nich zostanie opracowany adaptacyjny algorytm kodowania wideo 360° strumieniowanego do okularów WR. W drugiej części, platforma sprzętowa wykorzystująca zaprojektowany algorytm zostanie użyta do badania efektywności terapii.

Zespół: Michał Joachimiak (kierownik), Tomasz Cyrklaff

StarGazer – Urządzenie wspomagające komunikację i czynności poznawcze osób z porażeniem

Okulografia (ang. eyetracking) jest obecnie powszechnie stosowaną metodą badania procesów poznawczych, uwagi, preferencji. Ostatnio poszerza się zastosowanie okulografii w dziedzinach medycyny zarówno do oceny klinicznej jak i rehabiliacji wzroku. Okulografia ma już ponad stuletnią tradycję, lecz dopiero nieinwazyjne okulografy, oparte na analizie obrazu z kamery filmującej ruchy oczu, umożliwiły znaczący wzrost dokładności oraz komfortu użytkowania. Ze względu na bezpośrednie nerwowe połączenie narządu wzroku z mózgiem, eyetrackery są niezwykle cennym narzędziem w diagnostyce neurologicznej i psychologicznej a badania neurobrazowania potwierdzają skuteczność okulografii.

Celem projektu jest przygotowanie prototypu autonomicznego okulografu tj. urządzenia śledzącego ruchy oczu przeznaczonego dla osób sparaliżowanych, u których samodzielne poruszanie się jest zupełnie niemożliwe lub ograniczone w znacznym stopniu, ale zdolnych do wolicjonalnego kierowania wzrokiem. Głównym zadaniem urządzenia jest umożliwienie takim osobom kontaktu ze światem zewnętrznym poprzez dostarczenie metody komunikacji polegającej na wyborze liter i słów za pomocą wzroku i mrugnięć. Bezpośrednie połączenie nerwowe mózgu z narządem wzroku powoduje, że ta funkcja pojawia się jako pierwsza po przebudzeniu i zanika jako ostatnia w wielu chorobach neurodegeneracyjnych i innych uszkodzeniach mózgu będących powikłaniami po wypadkach komunikacyjnych lub wylewach. Zatem urządzenie, które zapewni kontakt z pacjentem przy użyciu zmysłu wzroku będzie pożądane od pierwszych chwil w stanach ograniczonej świadomości a także może być ostatnim możliwym sposobem porozumiewania się w przypadku postępującej choroby neurodegeneracyjnej.

Poza funkcją komunikacji pacjentów ze światem zewnętrznym, urządzenie może być wykorzystywane jako narzędzie do przywrócenia, w ograniczonym stopniu, kontroli nad otoczeniem i wpływu na swoje działania poprzez zapewnianie rozrywki w kontakcie z komputerem. Dostarczanie bodźców takich jak filmy, zdjęcia, których przeglądaniem badany będzie mógł sterować wzrokiem, a także wymuszanie różnego typu interakcji takich gry sterowane wzrokiem, ma kolosalne znaczenie dla jego terapii i samopoczucia, które jest bezpośrednio związane z tempem poprawy stanu zdrowia. Literatura naukowa wykazuje, że 25%-50% pacjentów po udarze mózgu zapada na depresję i jest to spowodowane przez nagłe załamanie aktywności, społecznej, z powodu braku komunikacji z ludźmi, oraz ruchowej, z powodu niesprawnego układu motorycznego.

Zespół: Michał Joachimiak (Kierownik), Kevin Springer, Błażej Agaciński