Stellen Sie sich vor, Sie greifen nach einem Gegenstand. Es fühlt sich wie ein einfacher Vorgang an, doch in Wirklichkeit ist es eine komplexe Handlung. Diese Aktion beruht auf einer Kombination motorischer Abläufe, die auf vielen verschiedenen Ebenen im Gehirn und im Körper verarbeitet werden. Für Menschen mit motorischen Beeinträchtigungen infolge einer neurologischen Verletzung können alltägliche Aufgaben wie Essen, das Tippen einer E-Mail oder das Lesen eines Buches zu einer Herausforderung werden.
Neurologische Beeinträchtigungen können jeden Teil des Körpers betreffen. Eines der häufigsten Beispiele sind Auswirkungen auf die motorischen Funktionen der unteren Extremitäten, die zu Einschränkungen beim Gehen und bei der Teilnahme an Alltagsaktivitäten führen. Die Fähigkeit, während des Gehens zusätzliche motorische und kognitive Aufgaben zu bewältigen, ist stark beeinträchtigt, und damit auch die Fähigkeit, sich an die Umgebung anzupassen, beispielsweise beim Überqueren einer Straße oder beim Übersteigen eines Hindernisses.
An diesen Prozessen sind viele Bereiche des zentralen und peripheren Nervensystems beteiligt, und wenn ein Teil davon geschädigt ist, gestaltet sich die Wiederherstellung dieser motorischen Fähigkeiten oft mühsam und langwierig. Es wurden verschiedene Strategien zur Wiederherstellung untersucht, darunter unter anderem intensive Rehabilitation [1], repetitives motorisches Training [2] und Spiegeltherapie [3]. Im Folgenden werden wir auf den nächsten Ansatz eingehen.
VR-gestützte Rehabilitation
Was kommt Ihnen in den Sinn, wenn Sie an traditionelle Rehabilitation denken? Es ist langweilig! Sie ist von Natur aus repetitiv, und diese Wiederholungen lassen die Motivation der Patienten mit der Zeit nach. Zudem erfordert sie (mindestens!) einen Therapeuten, der 1:1 mit dem Patienten arbeitet, was den Ressourcenbedarf und damit die Kosten für das Gesundheitssystem erhöht. Darüber hinaus liefert sie keine objektiven Daten und bietet keine Möglichkeit, den Teil der Therapie zu überwachen, den die Patienten zu Hause absolvieren.
Forscher suchen nach neuen Methoden, um die motorische Rehabilitation zu verbessern und sie ansprechender und effektiver zu gestalten. Die virtuelle Realität (VR) hat sich in jüngster Zeit als sinnvolle Ergänzung zur herkömmlichen Therapie etabliert, da sie Rehabilitationsstrategien auf neuartige und kostengünstige Weise einbindet [4]. Eine VR-basierte Therapie kann eine positive Lernerfahrung bieten und ist zudem ansprechend und motivierend.
Bei der VR-basierten Therapie können Aufgaben durch Nachahmungsübungen oder videospielähnliche Aktivitäten individuell auf die Bedürfnisse der Patienten zugeschnitten werden. Der Vorteil der virtuellen Realität besteht darin, dass die Möglichkeiten praktisch unbegrenzt sind. Virtuelle Umgebungen lassen sich anpassen, indem Aufgaben entwickelt werden, die auf die kognitiven und körperlichen Beeinträchtigungen des Einzelnen abgestimmt sind. Dies ist entscheidend, um die Umstrukturierung des Gehirns zu maximieren und jene Gehirnbereiche zu reaktivieren, die an der motorischen Planung, dem Lernen und der Ausführung beteiligt sind [5, 6], sowie um das Engagement der Patienten aufrechtzuerhalten.
Forscher der University of South Carolina kombinieren die Prinzipien von VR und Brain-Computer-Interface (BCI), um chronische Schlaganfallpatienten mit unterschiedlichen Graden motorischer Beeinträchtigung zu behandeln [7]. Ihr multimodaler Ansatz nutzt Virtual Reality, um den Patienten Avatare ihrer oberen Gliedmaßen zu zeigen; anschließend werden Sensoren und Signale aus dem Gehirn (Elektroenzephalografie, EEG) und den Muskeln (Elektromyografie, EMG) kombiniert, um die von den Patienten zur Ausführung der gestellten Aufgabe unternommenen Bewegungsversuche zu visualisieren. Im Laufe der Zeit hat sich gezeigt, dass dies die motorische Vorstellungskraft der Patienten (ihre Fähigkeit, Bewegungen vorzustellen und zu planen) verbessert, die motorischen Schaltkreise wieder aktiviert und die Wiederherstellung der motorischen Funktionen der oberen Gliedmaßen fördert.
Die VR-gestützte Therapie hat auch bei der Gangrehabilitation nach einem Schlaganfall zu deutlichen Verbesserungen geführt. VR-Interventionen zum Gangtraining umfassen häufig Laufband-Trainingssysteme in Kombination mit einem Bildschirm oder einem Head-Mounted-Display, um eine immersive Umgebung zu schaffen. Zusätzlich werden Biosensoren wie Inertial Measurement Units (IMUs), Kraftsensoren und EMG-Sensoren eingesetzt, um die Fortschritte bei der Kinematik, Bewegungsdynamik und Muskelaktivierung der Patienten zu erfassen. Die Echtzeit-Visualisierung dieser Parameter ermöglicht es Therapeuten, den Patienten zeitnahes Feedback zum Fortschritt und zur Qualität der von ihnen ausgeführten Aufgaben zu geben, wodurch diese die Möglichkeit erhalten, mögliche Fehler zu erkennen und zu korrigieren.
Darüber hinaus ermöglichen die anpassbaren Übungs- und Umgebungsbedingungen es Therapeuten, Doppelaufgaben und unerwartete Situationen zu gestalten, sodass Patienten wieder lernen können, sich beim Gehen an Veränderungen in ihrer Umgebung anzupassen. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass Patienten, die mit VR trainiert wurden, ihre Gehgeschwindigkeit je nach Aufgabenstellung effektiver steigern können als Patienten, die eine herkömmliche Rehabilitation durchlaufen haben. Durch Übung können sie ihren Gang besser an Veränderungen in ihrer Umgebung anpassen [8].
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VR-gestützte Telerehabilitation
Für Schlaganfallpatienten erhöht die Einhaltung einer täglichen Therapieroutine die Wahrscheinlichkeit positiver Rehabilitationsergebnisse. Millionen von Patienten in den USA und Europa leben jedoch in ländlichen Gebieten und haben keinen einfachen Zugang zu Therapeuten, was sie dazu zwingen kann, sich entweder für kostspielige tägliche Fahrten in städtische Gebiete zu entscheiden oder auf die wohltuenden Behandlungen zu verzichten.
Unter diesen Umständen wird es zu einer Herausforderung, die Motivation der Patienten aufrechtzuerhalten. Hinzu kommt, dass es bei dem Teil der Therapie, den die Patienten zu Hause absolvieren, schwierig ist, die Einhaltung des vorgeschriebenen Trainingsplans zu überwachen, was die Vorhersage der Ergebnisse einer herkömmlichen Rehabilitation erschwert und deren Erfolg potenziell beeinträchtigt.
Heute ist die auf virtueller Realität basierende Telerehabilitation ein Bereich, in dem intensiv geforscht wird. Therapeuten, die VR-basierte Telerehabilitation einsetzen, können über das Internet Trainingsprogramme verschreiben, auf die die Patienten bequem von zu Hause aus zugreifen und diese dort durchführen können. VR-basierte Übungen bieten den Patienten eine kontrollierte Umgebung, in der sie trainieren können. Klinische Messdaten werden in Echtzeit erfasst und in Online-Datenbanken gespeichert, auf die aus der Ferne zugegriffen werden kann.
Therapeuten können so die Fortschritte der Patienten über das Internet verfolgen und die Therapie bei Bedarf anpassen, ohne dass eine Interaktion in Echtzeit oder eine Schulung erforderlich ist. Auf diese Weise können Therapeuten mehrere Patienten gleichzeitig bei ihren Übungen zu Hause überwachen – ein großer Fortschritt gegenüber dem 1:1-Modell herkömmlicher Methoden und eine erhebliche Kosteneinsparung [9, 10].
Schlussfolgerungen
Die virtuelle Realität befindet sich in der medizinischen und rehabilitativen Praxis noch in den Anfängen, und Ärzte haben noch offene Fragen zu dieser Technologie, wie zum Beispiel:
- Gibt es Mindestanforderungen an die kognitiven und wahrnehmungsbezogenen Fähigkeiten, um VR effektiv in der sensomotorischen Rehabilitation einzusetzen?
- Sind semi-immersive Systeme bei der Förderung der motorischen Erholung genauso wirksam wie immersive Umgebungen?
Die ersten Ergebnisse aus Pilotstudien sind jedoch äußerst vielversprechend, insbesondere für Patienten mit chronischen Folgen eines Schlaganfalls, und liefern Erkenntnisse über die Wirksamkeit der VR-basierten motorischen Rehabilitation, darunter:
- Es bietet fortschrittlichere digitale Rehabilitationsmethoden als Alternative zur herkömmlichen Therapie und maximiert so die Wirkung der Rehabilitationsmaßnahmen.
- Es ermöglicht Patienten mit verschiedenen neurologischen Erkrankungen, Handlungen auszuführen, zu denen sie im Alltag aufgrund ihrer Behinderungen nicht in der Lage sind.
- Es bietet individuelle Behandlungspläne, die auf der Grundlage einer sorgfältigen Beurteilung und unter Berücksichtigung der jeweiligen Behandlungsziele erstellt werden.
- Es fördert das Engagement und die Motivation der Patienten durch virtuelle 3D-Umgebungen und Aufgaben, die an Videospiele erinnern.
- Es liefert sofortiges und anschauliches Feedback.
- Es verbessert die Ergebnisse durch neurophysiologische Messungen und Analysen.
- Es bietet eine kontrollierte Umgebung für die Telerehabilitation.
Ich hoffe, Ihnen hat der Artikel über den Einsatz von VR in der Rehabilitation gefallen. Wenn Sie mehr über die Verwendung von VR-Geräten mit iMotions erfahren möchten, laden Sie sich unten unsere Broschüre herunter.
Literaturverzeichnis
[1] Wittenberg G.F., Richards L.G., Jones-Lush L.M. et al. (2017). Prädiktoren und Veränderungen der Konnektivität im Gehirn im Zusammenhang mit der Verbesserung der motorischen Armfunktion durch intensives Training bei chronischem Schlaganfall. F1000Research 2017, 5:2119. doi: 10.12688/f1000research.8603.2
[2] Thomas L.H., French B., Coupe J. et al. (2017). Training mit sich wiederholenden Aufgaben zur Verbesserung der funktionellen Fähigkeiten nach einem Schlaganfall – Eine umfassende Aktualisierung einer Cochrane-Übersichtsarbeit. Stroke. 2017;48:e102-e103. doi: 10.1161/STROKEAHA.117.016503
[3] Pérez-Cruzado, D., Merchán-Baeza, J. A., González-Sánchez, M., & Cuesta-Vargas, A. I. (2016). Systematische Übersicht zum Vergleich der Spiegeltherapie mit der konventionellen Rehabilitation hinsichtlich der Funktion der oberen Extremitäten bei Schlaganfallpatienten. Australian Occupational Therapy Journal, 64(2), 91–112. doi:10.1111/1440-1630.12342
[4] Laver K.E., Lange B., George S., Deutsch J.E., Saposnik G., Crotty M. (2017) Virtuelle Realität in der Schlaganfallrehabilitation. Cochrane Database of Systematic Reviews. Ausgabe 11. Art.-Nr.: CD008349. doi: 10.1002/14651858.CD008349.pub4.
[5] Boyd, L. A., Winstein, C. J. (2001). Implizites Erlernen motorischer Abläufe beim Menschen nach einem einseitigen Schlaganfall: Der Einfluss von Übung und explizitem Wissen. Neuroscience Letters, 298(1), 65–69. doi:10.1016/s0304-3940(00)01734-1
[6] Rizzo, A., & Kim, G. J. (2005). Eine SWOT-Analyse des Bereichs der Rehabilitation und Therapie mittels virtueller Realität. Presence, Band 14, Nr. 2, April 2005, S. 119–146 © 2005 Massachusetts Institute of Technology
[7] Vourvopoulos A., Pardo O. M., Lefebvre S., Neureither M., Saldana D., Jahng E. und Liew S.-L. (2019) Auswirkungen einer Gehirn-Computer-Schnittstelle mit Neurofeedback mittels virtueller Realität (VR): Eine Pilotstudie bei Patienten mit chronischem Schlaganfall. Front. Hum. Neurosci. 13:210. doi: 10.3389/fnhum.2019.00210
[8] de Rooij I., Port I., Visser-Meily J., Meijer J. (2019). Gangtraining mit Virtual Reality im Vergleich zu Gangtraining ohne Virtual Reality zur Verbesserung der Teilhabe bei Überlebenden eines subakuten Schlaganfalls: Studienprotokoll der randomisierten kontrollierten ViRTAS-Studie. Trials. 20. 10.1186/s13063-018-3165-7.
[9] Pareto L., Johansson B., Zeller S. et al. (2011). Virtuelle Telerehabilitation: Eine Fallstudie. Studien zur Gesundheitstechnologie und -informatik. 169. 676–80. 10.3233/978-1-60750-806-9-676.
[10] Tchero H., Tabue-Teguo M., Lannuzel A., Rusch E. (2018). Telerehabilitation für Schlaganfallpatienten: Systematische Übersicht und Metaanalyse. J Med Internet Res 2018; 20(10):e10867. doi: 10.2196/10867. pmid: 30368437. pmcid: 6250558
