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Nouvelle approche de la réhabilitation de simulation utilisant des robots

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Votre corps va à beaucoup de mal pour s'assurer que vous restez debout. Mais lorsque les structures neuronales du cerveau sont altérées par le biais de blessure, l'âge ou la maladie, les muscles sont privés de la fiche information sensorielle dont ils ont besoin pour s'acquitter de la constante équilibre délicat mais nécessaire pour le mouvement normal et debout.

Avec un oeil vers la construction de robots qui peuvent équilibre tout comme les humains, les chercheurs de Georgia Tech et de l'Université Emory ont créé une simulation informatique qui jette un éclairage nouveau sur la façon dont le système nerveux réinvente sa communication avec les muscles après perte sensorielle. Les conclusions pourraient un jour être utilisées pour mieux diagnostiquer et de réadapter les patients avec des problèmes d'équilibre (par le biais de processus normal de vieillissement ou de maladies telles que la sclérose en plaques ou de Parkinson), par le recyclage de leurs muscles et de l'amélioration de l'équilibre global. Les travaux de recherche seront publiés dans le numéro d'octobre de Nature Neuroscience.

"L'objectif ultime est de la réadaptation des patients à trouver la meilleure façon de s'adapter à leur déficit. Ce système peut aider à prédire ce que la combinaison optimale de l'activité des muscles et des nerfs ressemble pour chaque patient, en aidant les patients et les médecins de fixer des objectifs réalistes et les excès de vitesse Redressement ", a déclaré Lena Ting, chercheur principal pour le projet et professeure adjointe à la Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering de Georgia Tech et de l'Université Emory.

Dans un corps sans perte de l'équilibre, le système nerveux recueille des informations sensorielles de toutes les parties du corps (la peau, des oreilles, des pieds, des bras, des yeux, etc) et transmet cette information à l'muscles qui contrôlent l'équilibre. Quand les changements que l'information grâce à l'introduction de quelque chose comme un vent fort, un crack soulevées dans la chaussée ou une bosse accidentelle d'une proche étranger, le système nerveux envoie les informations nouvelles aux muscles, et ils s'ajustent en conséquence de maintenir l'équilibre du corps.

Des altérations et les lésions au système nerveux ou le sens de ce rapport pour le système nerveux (expérimenté avec une perte de la vision ou le toucher et les problèmes de l'oreille interne) entraînent des problèmes d'équilibre. Traditionnellement, les experts ont eu peu de compréhension de la façon dont le système nerveux de la communication avec les muscles associés à l'équilibre change quand un ou plusieurs morceaux de l'information sensorielle nécessaires font défaut.

Georgia Tech et Emory chercheurs ont voulu créer un moyen efficace de la façon d'interpréter les commandes du système nerveux aux muscles (mesurée par le biais de signaux électriques dans les muscles) sont modifiés par sensorielle - semblable à l'engourdissement des pieds vécue par les patients diabétiques -- Et comment ces changements influent sur le contrôle de la balance. L'équipe a commencé avec des séries de données à partir d'animaux. Ils ont pu déterminer que, après une période de réadaptation, les sujets avec certains dommages sensoriels ont pu retrouver leur équilibre, malgré la perte d'une information sensorielle. Alors, comment faire pour le système nerveux et les muscles de combler les lacunes en matière d'information "

Le Georgia Tech et Emory équipe émis l'hypothèse que le système nerveux dépend de la relation entre l'organe de son centre de gravité et son environnement de contrôle de l'équilibre. Ils ont déduit que le meilleur prédicteur de la façon dont les muscles ne serait activée lorsque le sujet a connu un solde menace n'était pas la motion de l'individu parties du corps, mais le mouvement horizontal de la caisse du centre de gravité.

Pour tester leur théorie, les chercheurs ont créé une simulation informatique qui pourrait simuler avec précision de l'équilibre des réactions musculaires et de troubles de l'équilibre en mettant l'accent sur le rapport du sujet le centre de gravité vers le sol. Plutôt que de prédire modèles neuronaux pour le contrôle de la multitude d'informations sensorielles traitées par l'organisme de maintenir l'équilibre, l'équipe a plutôt suivi un petit ensemble de signaux relatifs à l'organe de contrôle de son centre de gravité.

Le Georgia Tech et Emory équipe a déterminé que les sujets qui ont altéré les informations sensorielles sont lentement sensorielles utilisant de nouvelles voies pour suivre les mouvements du corps du centre de gravité, pour compenser la perte d'informations de la endommagées parcours sensoriel. En effet, les sujets étaient en utilisant différents muscles information neuronale, d'effectuer les mêmes tâches équilibre, ce qui se traduit dans l'activité musculaire schémas qui ressemblait «anormale», mais qui étaient en fait des prévisions semblables à l'optimum.

L'équipe de recherche est actuellement en train de tester son centre de gravité de simulation avec des sujets humains et un petit robot simulé avec les muscles. Ils prédisent que la simulation pourrait reconnaître et de localiser avec précision l'altération une récupération optimale des points pour chaque sensorielle réduite sujet - tous basés sur la dépendance à l'égard du corps centre de gravité information. Lorsqu'il est appliqué à un robot, ces modes de communication neuronaux le robot a permis de passer avec succès fluidité comme un animal, contrairement à ce que ses engins et moteurs pourrait suggérer. Le robot montre les différentes stratégies qui pourraient être utilisés par la normale et la perte sensori-patients.

"Cette découverte va changer la manière dont nous allons aborder la réhabilitation», dit Ting. "Nous ne pouvons pas attendre les patients à imiter équilibre normal lorsque vous les performances en utilisant un jeu différent de l'information sensorielle. Au lieu de cela, notre travail peut aider à identifier le meilleur rendement possible compte tenu d'un patient et le type de niveau sensoriel."

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Article adapté par Medical News Today de l'original du communiqué de presse.
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Source: Megan McRainey
Georgia Institute of Technology

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