Opis projektu
Nauka kontrolowania stymulacji nerwowo-mięśniowej umożliwia skuteczniejszą neurorehabilitację
Urazy neurologiczne są przyczyną niepełnosprawności milionów osób, u których często nie sposób przywrócić pełnej sprawności ruchowej. Skuteczność stosowanych obecnie urządzeń neurorehabilitacyjnych jest ograniczona z powodu braku wiedzy na temat ich fizycznej interakcji z ciałem człowieka. Zespół finansowanego przez UE projektu INTERACT chce opracować wieloskalowe modele interakcji człowiek-maszyna na potrzeby nowatorskich paradygmatów kontroli w zamkniętej pętli. Naukowcy wykorzystają techniki zapisu i modelowania numerycznego do zbadania w wysokiej rozdzielczości aktywności komórkowej neuronów ruchowych w rdzeniu kręgowym, aby wykazać, w jaki sposób dysfunkcja ruchowa jest naprawiana poprzez wywołanie zmian w miejscach docelowych w układzie nerwowo-mięśniowym. Nauka sterowania bodźcami regulującymi funkcje nerwowo-mięśniowe pozwoli urządzeniom na koadaptację wraz z ludzkim ciałem oraz będzie sprzyjać rozwojowi interfejsów człowiek-maszyna, od neuroprotez po zrobotyzowane kończyny i egzoszkielety wspomagane.
Cel
Neurological injuries such as stroke leave millions of people disabled worldwide every year. For these individuals motor recovery is often suboptimal. The impact of current neurorehabilitation machines is hampered by limited knowledge of their physical interaction with the human. As we move, our body adapts positively to optimal stimuli; motor improvement after stoke is promoted via physical training with an appropriate afferent input to the nervous system and mechanical loads to muscles. Loss of appropriate stimuli leads to motor dysfunction.
Motor recovery requires positive neuromuscular adaptations to be steered over time. If neuro-modulative and orthotic machines could be controlled to generate optimal stimuli to the neuromuscular system, a new era in neurorehabilitation would begin.
This project creates multi-scale models of human-machine interaction for radically new closed-loop control paradigms. We will combine biosignal recording and numerical modeling to decode the cellular activity of motor neurons in the spinal cord with resulting musculoskeletal forces at a resolution not considered before. This will enable breakthroughs for tracking the spinal-musculoskeletal system across spatiotemporal scales: short-to-long term adaptation from cellular to organ scales. We will use these concepts to design new machine control schemes. With a focus on spinal cord electrical stimulation and mechatronic exosuits, we will demonstrate how motor dysfunction is repaired by inducing optimal changes in neuromuscular targets. The innovative aspect is that of gaining control of the stimuli that govern neuromuscular function over time. This will enable machines to co-adapt with the body; an achievement that will disrupt the development of man-machine interfaces from neuroprostheses, to robotic limbs, to exosuits.
INTERACT will answer fundamental questions in movement neuromechanics via novel principles of human-machine interaction with broad impact on bioengineering and robotics
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
7522 NB Enschede
Niderlandy