Resting-state fMRI correlates of self-balancing robot-assisted lower-limb rehabilitation after stroke: a pilot randomized controlled neuroimaging study
Diese pilotartige, randomisierte, kontrollierte Neuroimaging-Studie zeigt, dass vier Wochen robotergestützte untere Extremitätenrehabilitation mit Selbstbalancierfunktion das Gleichgewicht und die motorische Funktion bei Patienten mit subkortikaler Schlaganfall signifikant verbessert, begleitet von selektiven Veränderungen der Ruhezustands-Hirnaktivität und der Konnektivität innerhalb der motorischen, visuellen und kognitiven Kontrollnetzwerke.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Wenn ein Mensch einen Schlaganfall erleidet, wird oft die Fähigkeit des Gehirns gestört, Signale an die Beine zu senden, was sie schwach und instabil zurücklässt. Für viele erfordert der Weg zu einem wieder selbstständigen Gehen ein Training des Gehirns, um das Gleichgewicht und die Kraft zurückzugewinnen. Während die traditionelle Therapie stundenlange Praxis beinhaltet, bietet neue Technologie einen anderen Ansatz: Roboter, die Patienten dabei helfen, aufrecht zu stehen und ihr Gewicht sicher zu verlagern. Wissenschaftler haben sich schon lange gefragt, ob diese Art des assistierten Trainings mehr bewirkt, als nur die Muskeln zu stärken. Sie vermuten, dass es tatsächlich die Art und Weise verändern könnte, wie die internen Netzwerke des Gehirns kommunizieren, während der Patient ruht. Um dies zu verstehen, betrachten Forscher das Gehirn nicht, während es hart arbeitet, sondern während es ruhig ist, und messen winzige, natürliche Schwankungen der Aktivität, die offenbaren, wie verschiedene Regionen miteinander kommunizieren. Dieser Ruhezustand ist entscheidend, da er die zugrunde liegende Organisation des Gehirns zeigt, die sich verschieben kann, wenn eine Person neue Fähigkeiten lernt oder sich von einer Verletzung erholt.
Ein Forschungsteam in Shanghai setzte sich zum Ziel zu testen, ob eine spezifische Art des robotergestützten Trainings das Gleichgewicht bei Schlaganfallüberlebenden verbessern kann und, falls ja, ob diese Verbesserungen mit Veränderungen im Ruhezustand des Gehirns verknüpft sind. Sie konzentrierten sich auf ein selbstbalancierendes Exoskelett, einen tragbaren Roboter, der das Gewicht eines Patienten stützt, während er ermöglicht, das Stehen, das Verlagern des Gleichgewichts und das Gehen zu üben. Im Gegensatz zu älteren Maschinen, die lediglich die Beine eines Patienten bewegen, erfordert dieses Gerät vom Patienten, seine Haltung und sein Gewicht aktiv zu kontrollieren, wodurch das Gehirn in den Prozess des Aufrechterhaltens der aufrechten Position einbezogen wird. Die Studie umfasste vierundzwanzig Patienten mit kürzlich erlittenen Schlaganfällen, die nicht in der Lage waren, selbstständig zu gehen. Die eine Hälfte wurde angewiesen, den Roboter über vier Wochen zu nutzen, während die andere Hälfte die gleiche Zeit und Aufmerksamkeit durch Therapeuten erhielt, aber ähnliche Standübungen auf einem stationären Bett ohne die mechanische Unterstützung des Roboters durchführte. Beide Gruppen setzten zudem ihre Standard-Physiotherapie fort.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Gruppe, die den Roboter nutzte, deutlich größere Fortschritte in ihrem Gleichgewicht und ihrer Beinkraft erzielte als die Gruppe auf dem stationären Bett. Nach vier Wochen schnitt die Roboter-Gruppe bei Tests zur Fähigkeit des Stehens und Gehens viel besser ab, was darauf hindeutet, dass die spezifischen Anforderungen des Roboters – die aktiven Gewichtsverlagerung und die Haltungskontrolle erfordern – einen einzigartigen Nutzen boten. Um zu sehen, was im Inneren des Gehirns geschah, scannten die Forscher die Gehirne der Teilnehmer vor und nach dem Training. Sie suchten nach Veränderungen in der Ruheaktivität des Gehirns, wobei sie sich speziell darauf konzentrierten, wie verschiedene Bereiche miteinander kommunizierten. Sie fanden heraus, dass die Roboter-Gruppe deutliche Veränderungen in der Gehirnaktivität zeigte, die die andere Gruppe nicht aufwies. Diese Veränderungen traten in mehreren Schlüsselbereichen auf: im hinteren Teil des Gehirns nahe der Mittellinie, der daran beteiligt ist, wie wir unseren Körper im Raum wahrnehmen; in Bereichen, die visuelle Informationen verarbeiten; und in Teilen des Frontallappens, die bei Aufmerksamkeit und Planung helfen.
Speziell beobachteten die Forscher, dass die Roboter-Gruppe eine erhöhte Aktivität im hinteren Teil des Gehirns und stärkere Verbindungen zwischen dem motorischen Bereich und dem mittleren Teil des Temporallappens aufwies. Sie sahen auch eine Stärkung der Kommunikation zwischen den beiden Gehirnhälften in den Regionen, die für das Gleichgewicht verantwortlich sind. Diese Veränderungen legen nahe, dass das Robotertraining geholfen hat, die Netzwerke des Gehirns neu zu organisieren, um das Stehen und Gehen besser zu unterstützen. Die Studie fand keine Belege dafür, dass das Training die allgemeine Dichte der Verbindungen über das gesamte Gehirn hinweg verändert hat, noch fand sie, dass die Veränderungen über alle Gehirnregionen hinweg einheitlich waren. Stattdessen waren die Verbesserungen selektiv und zielten auf spezifische Systeme gerichtet, die an Vision, Körperwahrnehmung und motorischer Kontrolle beteiligt sind. Die Forscher merkten an, dass, obwohl die klinischen Verbesserungen deutlich waren, die Veränderungen im Gehirn bei einer kleinen Gruppe von Menschen beobachtet wurden, weshalb diese Befunde eher als vielversprechender Hinweis denn als endgültiger Beweis dienen. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass das selbstbalancierende Robotertraining das Gehirn offenbar in einer Weise anspricht, die die Genesung unterstützt, potenziell indem es hilft, die Netzwerke, die für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts und die Bewegung der Beine benötigt werden, neu zu verdrahten.
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