Immersive Rehab: AR-/VR-Anwendungen als effizienter Wegbereiter?

5. August 2022
5. August 2022 Katrin Pape

Immersive Rehab: AR-/VR-Anwendungen als effizienter Wegbereiter?

Die wissenschaftliche Forschung unterliegt einem beispiellosen exponentiellen Wachstum von Datenmengen, wobei Disziplinen wie Neurowissenschaften, Teilchenphysik oder Astronomie kompetente AR-/VR-Anwendungen zur verbesserten Darstellung, Navigation in und Interaktion mit Informationen nutzen. Im Gegensatz zur Darstellung am Bildschirm eignen sich VR-Anwendungen so optimal dafür, räumliche Zusammenhänge besser zu verstehen.

Neurowissenschaftler können sich z.B. direkt in virtuelle Umgebungen begeben und dort dank gestengesteuerter Interaktion die für ihre Forschung relevanten Datenmuster auswerten.

Doch nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch in der Behandlung von Patienten setzen neurologische Abteilungen zunehmend auf immersive Applikationen: AR-/VR-Anwendungen sollen Patienten z.B. nach Schlaganfällen bei der Wiederherstellung verlorengegangener motorischer Fähigkeiten unterstützen.

Pionierhafte AR-/VR-Anwendungen

Die Pompeu-Fabra-Universität in Barcelona hat sich früh für wissenschaftliche Datenvisualisierung stark gemacht und bereits 2010 die sogenannte „eXperience Induction Machine“ (XIM) realisiert.

Das Gerät ermöglichte es Forschern im SPECS-Labor der Universität, komplexe Netzwerke und Verbindungen des Gehirns virtuell darzustellen.

Dadurch war es den Wissenschaftlern früh möglich, die mit unserer Informationswahrnehmung und -verarbeitung zusammenhängenden Muster auf virtueller Ebene exakter zu sondieren und für die praktische Anwendungen nutzbar zu machen.

Mit AR-/VR-Anwendungen kann der Therapeut die Handlungen des Patienten kontrollieren und bewerten. Der Patient arbeitet hier mit sensomotorischen Applikationen zur Kontrolle der Muskelkraft: die Bewegungen sind an die virtuelle Darstellung gekoppelt und zeigen diese direkt im VR-Headset auf. Das VR-Headset ist nicht Voraussetzung für eine erfolgreiche VR-Therapie. Die virtuelle Brille kann aber dazu dienen, eine konkrete Umgebung komplett in VR zu simulieren- etwa Krafttraining in einem Fitnessstudio für motorisch erkrankte Leistungssportler. Bildquelle: program-ace.com

Neuartige immersive Plattformen können mittlerweile sehr differenziert bei der Erforschung & Analyse von dynamischen Aktivitätsmustern des Gehirns zum Einsatz kommen.

Das SPECS-Lab konnte auch das Rehabilitation Gaming System (RGS) weiterentwickeln – ein Instrument, welches der Rehabilitation von Defiziten durch Hirnschädigungen dient: RGS ist eine auf Virtual Reality basierende Technologie, die explizit die neurowissenschaftlichen Prinzipien der Gehirnplastizität und des motorischen & kognitiven Lernens nutzt. Konkret wird ein gamifizierter Ansatz mit verschiedenen Handlungsoptionen verwendet, dem Betroffene im virtuellen Training intentional folgen.

Bei neurologischen Erkrankungen können sowohl das periphere, als auch das zentrale Nervensystem beteiligt sein und starke motorische und kognitive Einschränkungen hervorrufen. Selbst bei leichteren Defiziten wird die Orientierung im Straßenverkehr schnell zu einer heiklen Angelegenheit, denn die Erfassung von Umgebungen und das gleichzeitige Gehen scheinen unmöglich zu sein. Gute Therapien sind hier nicht nur wichtig, sondern müssen auch zeitnah zur Entstehung der Einschränkung begonnen werden.

Zusätzliche therapeutische Möglichkeiten können hier ein wichtiges „Plus“ an Rehabilitationspotential bieten!

Stationäre rehabilitative Maßnahmen müssen kontinuierlich und repetitiv, also wiederholend, erfolgen. Wichtig ist die Quantifizierbarkeit funktioneller Untersuchungen, etwa Angaben zu Defiziten bei der Verrichtung von Alltagssituationen wie Treppensteigen.

Training ernst nehmen

Nur bei schnell einsetzenden und effektiven Trainings kann die hohe neuronale Plastizität des Gehirns , die Fähigkeit des Gehirns durch Lernen & Wiederholung neue neuronale Verknüpfungen und Fähigkeiten auszubilden, sinnvoll genutzt werden. Hierbei geht es um die Aktivierung entsprechender Hirnareale und die „Reorganisation der Bewegungsabläufe“ – beispielsweise durch Stimulierung des motorischen oder somatosensorischen Kortex.

Zusätzliche Komponenten wie Inertial Measurement Units (IMUs), Kraftsensoren oder EMG-Sensoren werden dazu verwendet, um Fortschritte in der Bewegungsdynamik, der Kinematik, sowie der Muskelaktivierung des Patienten direkt nachvollziehen zu können. Über die Echtzeit-Visualisierung dieser Parameter erhalten Therapeuten ein klares Feedback und Patienten können ihre Fortschritte besser visuell nachverfolgen, mögliche Fehler sehen, verstehen und korrigieren!

Der klinische Nutzen dieses besonderen Systems wurde zunächst an 1500 akut und chronisch betroffenen Schlaganfallpatienten im klinischen/häuslichen Kontext untersucht. Inzwischen sind schon über 3000 Menschen erfolgreich mit RGS behandelt worden.

RGS funktioniert auch deshalb so gut, da es personalisiertes motorisches VR-Training bietet: die Reorganisation des Gehirns kann sehr individuell trainiert und auf den jeweiligen Nutzer entsprechend flexibel angepasst werden.

Lernfortschritte werden auch in VR kontinuierlich ausgewertet, Lernmotivation und Engagement der Betroffenen stabilisiert: Sensorische Reize der virtuellen Realität bewirken z.B. Muskelkontraktionen und helfen beim Training des Gleichgewichts, der Propriozeption und bei der Wiederherstellung gelähmter Bereiche.

RGS Burbujas (Bubbles)

Verschiedene Studien stellten fest:

  • mit RGS-Trainings konnten Patienten den erzielten motorischen Erfolg über einen langen Zeitraum beibehalten
  • v.a. in Kombination mit Standardtherapien erhöhte sich die Wirksamkeit von VR weiter, etwa mit Blick auf eine verbesserte Feinmotorik („maximierte Rehabilitation“)
  • Durch sofortiges Feedback mittels visueller Reize wiesen Klienten einen erhöhten Intrinsic Motivation Inventory (IMI) auf/ erhöhte Motivation zur Durchführung der Übungen
  • Das Training ermöglicht Handlungen, die im wirklichen Leben noch schwerfallen bzw. noch nicht ausführbar sind
  • VR verbesserte Ergebnisse durch neurophysiologische Messungen und Analysen
  • RGS hilft, die Bewegungsgeschwindigkeit und den Bewegungsfluss von Betroffenen zu verbessern
  • Patienten werden konstruktiv bei der funktionalen Wiederherstellung von Armen, Händen und Beinen unterstützt

Gerade Alltagssituationen sind eine große Herausforderung für Betroffene: Trainings in realen Umgebungen, etwa im öffentlichen Nahverkehr oder auf der Straße, bieten jedoch oft zu viele Risiken wenn Klienten noch keine Kontrolle über ihre Bewegungen haben. AR-/VR-Anwendungen ermöglichen in diesem Kontext nicht nur Gefahrensicherheit, sondern eine zusätzliche Kopplung spezifischer Lernstrategien.

Auch eine systematische Überprüfung randomisierter Studien zeigte sehr positive Ergebnisse von AR-/VR-Anwendungen zur Rehabilitation nach Schlaganfällen: ein nur wenige Wochen dauerndes Training erzielte einen erhöhten therapeutischen Effekt im Training motorischer Kräfte. Die Ergebnisse der nur kurzfristigen Behandlung konnten jedoch auch drei Monate später noch beobachtet werden!

VR kann als sinnvolles, ergänzendes Tool für medizinische und rehabilitative Maßnahmen genutzt werden. Lesen Sie in unserem Folge-Artikel deshalb noch mehr über konkrete AR-/VR-Anwendungen in der Neuro-Rehabilitation.

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