NeuroBIOSTROKE
Μελέτη των συσχετίσεων νευροαπεικονιστικών, νευροφυσιολογικών και εμβιομηχανικών βιοδεικτών στην αποκατάσταση του Αγγειακού Εγκεφαλικού Επεισοδίου
(MIS 5047286)
Συνοπτικές πληροφορίες
Το έργο
Τα αγγειακά εγκεφαλικά επεισόδια (ΑΕΕ) παρουσιάζουν διαφορετικά συμπτώματα και επιπτώσεις στον κάθε ασθενή και θεωρούνται παγκόσμια ως η δεύτερη αιτία αναπηρίας. Ο μεγάλος αριθμός των ατόμων που επιβιώνουν μετά ΑΕΕ σε συνδυασμό με την ετερογένεια που αφορά τον τύπο (ισχαιμία-αιμορραγία), την έκταση και την περιοχή της βλάβης, την αιτία και την ύπαρξη πολλαπλών παραγόντων κινδύνου καθιστά τον σχεδιασμό ειδικών εξατομικευμένων παρεμβάσεων στην αποκατάσταση εξαιρετικά σύνθετο. Η πολυπαραγοντικότητα αυτή οδηγεί κατ’ αρχάς σε σημαντικές δυσκολίες σε ερευνητικό επίπεδο (μεγάλος αριθμός απειλών στους ερευνητικούς σχεδιασμούς, μειωμένη στατιστική ισχύς των ευρημάτων). Ταυτόχρονα προκαλεί δυσκολία στην πρόγνωση και ταυτόχρονα στην επιλογή της βέλτιστης παρέμβασης με βάση την εκτίμηση αποτελέσματος και την αξιολόγηση των τελικών προσαρμογών (adaptations). Ως αποτέλεσμα των παραπάνω, ακόμη και με τις νέες θεραπείες που εφαρμόζονται σήμερα η ανάκαμψη είναι ατελής σε μεγάλο αριθμό ασθενών ή απαιτεί αρκετό χρόνο.
Διατυπώνονται λοιπόν πρακτικά ερωτηματικά για τον χρόνο, το είδος, την ένταση και τον τύπο των παρεμβάσεων, καθώς πολλά στοιχεία για τους υποκείμενους μηχανισμούς της αποκατάστασης και της πλαστικότητας, σε κυτταρικό και μοριακό επίπεδο δεν είναι εύκολο να μελετηθούν στον άνθρωπο. Στο σημείο αυτό αναγνωρίζεται σήμερα η σημασία των βιοδεικτών προκειμένου να δοθούν απαντήσεις που θα βοηθήσουν στην κατανόηση της διαδικασίας ιδιαίτερα σε θέματα που αφορούν τις χρονικές – χωρικές συσχετίσεις της αποκατάστασης της βλάβης κεντρικά με την βελτίωση του βαθμού του ελλείματος περιφερικά.
Ειδικά όσον αφορά την κινητικότητα, η ικανότητα για διατήρηση της όρθιας στάσης, της βάδισης και η ικανότητα χειρισμού αντικειμένων αποτελούν βασικές προϋποθέσεις της υγείας και της ποιότητας ζωής, λόγοι για τους οποίους ορίζονται ως επιθυμητοί στόχοι παρεμβάσεων για την αποκατάσταση του κινητικού συστήματος των ατόμων με ΑΕΕ. Ο τελικός φαινότυπος της κινητικής συμπεριφοράς μπορεί να προκύψει ως αποτέλεσμα των μηχανισμών αποκατάστασης σε συνδυασμό με την υποκείμενη βλάβη (μέγεθος, έκταση) και των επιπτώσεων σε όλα τα επίπεδα των θεραπευτικών παρεμβάσεων. Ως εκ τούτου απαιτείται η γνώση παραμέτρων ανατομίας/βλάβης, όσο και παραμέτρων λειτουργίας σε όλα τα επίπεδα του μηχανισμού παραγωγής και εκτέλεσης μιας κίνησης.
Επομένως, μια πολυπαραμετρική προσέγγιση με τεχνικές δομικής νευροαπεικόνισης για τη μελέτη της φαιάς και της λευκής ουσίας, σε συνδυασμό με τεχνικές εμβιομηχανικής αξιολόγησης του μηχανισμού παραγωγής κινήσεων, τόσο σε κατάσταση ηρεμίας όσο και κατά την εκτέλεση ενός κινητικού έργου, μπορούν να παρέχουν σημαντικές πληροφορίες και να αποτελέσουν πολύτιμους βιοδείκτες στην αναγνώριση ασθενών με διαφορετική έκβαση μετά το ΑΕΕ και στην επιλογή της βέλτιστης στρατηγικής αποκατάστασης για τον καθένα.
Αυτή ακριβώς η πολυπαραμετρική προσέγγιση, μέσω της διεπιστημονικής/διαθεματικής μελέτης της δομής και λειτουργίας του νευρικού (κεντρικά και περιφερικά) και μυϊκού συστήματος κατά την αποκατάσταση ατόμων με αγγειακό εγκεφαλικό επεισόδιο, αποτέλεσε το αντικείμενο του εν λόγω έργου.
Στόχοι
Κεντρικός στόχος του έργου ήταν η ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης (integrated) μεθοδολογίας για τη μελέτη της δομής και λειτουργίας του νευρικού (κεντρικά και περιφερικά) και μυϊκού συστήματος κατά την αποκατάσταση ατόμων με αγγειακό εγκεφαλικό επεισόδιο. Ειδικότερα, στο πλαίσιο του έργου έγιναν συσχετίσεις μεταξύ των νευροαπεικονιστικών και νευροφυσιολογικών και εμβιομηχανικών βιοδεικτών που αφορούν την αποκατάσταση με εστίαση στην εκτίμηση της κινητικότητας. Με τον τρόπο αυτό συνδυάστηκαν ταυτόχρονα πληροφορίες από εργαστηριακές εξετάσεις που αφορούν το κεντρικό νευρικό σύστημα και την περιοχή της βλάβης με δεδομένα από την αξιολόγηση του κινητικού ελλείματος ατόμων με αγγειακό εγκεφαλικό επεισόδιο.
Επιπλέον, στόχο του έργου αποτέλεσε η δημιουργία προηγμένης ερευνητικής υποδομής που απαιτούνταν για την ανάπτυξη της παραπάνω μεθοδολογίας, αποτελούμενη από σύγχρονο εξοπλισμό και υψηλά καταρτισμένους επιστήμονες και νέους ερευνητές.
Καινοτομίες
Η σημαντικότερη καινοτομία της πράξης αφορούσε την διεπιστημονικότητα/διαθεματικότητα της προσέγγισης που θα ακολουθήθηκε. Ειδικότερα, για πρώτη φορά αξιολογήθηκε το σύνολο του μηχανισμού παραγωγής και εκτέλεσης κινήσεων κατά την αποκατάσταση ασθενών με ΑΕΕ συνδυάζοντας τις πλέον προηγμένες τεχνικές και μεθόδους διαφορετικών επιστημών (νευρολογία, νευροακτινολογία, νευροχειρουργική, εμβιομηχανική, αποκατάσταση) για τη μέτρηση:
α) παραμέτρων δομής/βλάβης στο νευρικό σύστημα: μαγνητική τομογραφία εγκεφάλου (MRI), μαγνητική μορφομετρική ανάλυση (Voxel based morphometry -VBM), απεικόνιση του τανυστή διάχυσης και δεσμογραφία ( Diffusion tensor imaging –DTI, tractography)
β) παραμέτρων λειτουργίας του νευρικού συστήματος: ΗΕΓ ρουτίνας και ΗΕΓ ύπνου, νευρουπερηχογραφία, εξωκράνια και ενδοκράνια, διακρανιακός μαγνητικός ερεθισμός (Transcranial magnetic stimulation -TMS)
γ) παραμέτρων μορφολογίας/λειτουργίας του μυϊκού συστήματος: υπερηχοτομογραφία, επιφανειακή ηλεκτρομυογραφία (sEMG), δυναμομετρία
δ) παραμέτρων στάσης/κίνησης: οπτοηλεκτρονική κινηματική ανάλυση, δυναμογραφία, αντίστροφη δυναμική.
Επιπλέον, καινοτομικά στοιχεία της πρότασης ήταν:
- ανάπτυξη και εφαρμογή νέων τεχνικών επεξεργασίας και ανάλυσης δεδομένων για τον προσδιορισμό των πλέον έγκυρων και αξιόπιστων νευροαπεικονιστικών, νευροφυσιολογικών και εμβιομηχανικών βιοδεικτών κατά την αποκατάσταση ασθενών με ΑΕΕ
- ανάπτυξη μοντέλων πρόγνωσης της κίνησης ασθενών με ΑΕΕ στις αρθρώσεις των άνω και κάτω άκρων με βάση τους νευροαπεικονιστικούς, νευροφυσιολογικούς και εμβιομηχανικούς βιοδείκτες, εφαρμόζοντας μη γραμμικές και γραμμικές μεθόδους μαθηματικής ανάλυσης
- ανάπτυξη αλγορίθμου εξατομικευμένης πρόγνωσης της κινητικότητας (στάση, βάδιση και δεξιότητες χειρισμού αντικειμένων) κατά την αποκατάσταση ασθενών με ΑΕΕ, μέσω τεχνικών νευρωνικών δικτύων και μηχανικής μάθησης (machine learning)
- έρευνα των επιδράσεων παρεμβάσεων αποκατάστασης μέσω άσκησης και επανεκπαίδευσης στα χαρακτηριστικά των νευρικών βλαβών και των μυϊκών συνεργιών των ασθενών με ΑΕΕ
Επίπτωση
1) στην κλινική έρευνα: δυνατότητα πρόβλεψης των μακροπρόσθεσμων επιδράσεων της αποκατάστασης θα επιτρέψει τη διενέργεια κλινικών δοκιμών διαφόρων παρεμβάσεων αποκατάστασης στρωματοποιημένων (stratified) ως προς τη δυνατότητα των πασχόντων για νευρολογική αποκατάσταση. Καθώς σήμερα η επίδραση πολλαπλών παραγόντων απαιτεί στις κλινικές δοκιμές μεγάλο δείγμα, με την χρήση των παραπάνω βιοδεικτών θα είναι δυνατή η ενσωμάτωση έγκυρων πληροφοριών σχετικά με το μέγεθος και την βαρύτητα (impact) των υποκείμενων βλαβών, επιτρέποντας τη μείωση του δείγματος των αντίστοιχων μελετών με προφανή οφέλη στον αριθμό, την επαναληψιμότητα και την επαλήθευση των αποτελεσμάτων.
2) στην κλινική πράξη: οι κατευθυντήριες οδηγίες που εμπεριέχονται στον αλγόριθμο πρόγνωσης της κινητικότητας θα επιτρέψουν τον ορθότερο σχεδιασμό και τη στοχοθεσία εξατομικευμένων κλινικών παρεμβάσεων. Επιπλέον, οι βιοδείκτες που αντανακλούν τους υποκείμενους βιολογικούς μηχανισμούς που στοχεύονται σε κάθε είδος παρεμβάσεων είναι εξαιρετικά χρήσιμοι και για την αξιολόγηση του αποτελέσματος κάθε είδους παρεμβάσεων.
3) στην επιχειρηματικότητα: ο αλγόριθμος πρόγνωσης της κινητικότητας κατά την αποκατάσταση ασθενών με ΑΕΕ αποτελεί την επιστημονική βάση για την ανάπτυξη καινοτόμων έξυπνων φορέσιμων (wearables) συσκευών για την μέτρηση και αξιολόγηση κρίσιμων παραμέτρων του αλγόριθμου και – σε συνδυασμό με τεχνολογίες που ενσωματώνονται στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων (Internet of Things – IOT) – για την ενημέρωση των θεραπόντων και των επαγγελματικών υγείας σε πραγματικό χρόνο καθ΄ όλη τη διάρκεια της περιόδου της αποκατάστασης.
4) στην ανάπτυξη των ερευνητικών δυνατοτήτων της Περιφέρειας ΑΜΘ και της χώρας: στο πλαίσιο του έργου ενισχύθηκαν οι ερευνητικές υποδομές δύο τμημάτων του Δ.Π.Θ. με τον πλέον σύγχρονο εξοπλισμό και με ικανούς νέους ερευνητές. Επισημαίνεται ότι ο μαγνητικός τομογράφος 3Τ που αποικτήθηκε στο πλαίσιο του έργου είναι ο πρώτος στην Περιφέρεια ΑΜΘ και ο δεύτερος (μετά το Ιατρικό Διαβαλκανικό Θεσσαλονίκης) στη Βόρεια Ελλάδα.
5) στην κοινωνία: αξιοποίηση της ερευνητικής υποδομής και της τεχνογνωσίας που αποκτήθηκε μετά τη λήξη του έργου για την παραγωγή επιπλέον γνώσης σχετικά με την αποκατάσταση νευρολογικών παθήσεων με τεράστια οφέλη για την κλινική πράξη και τον πληθυσμό της Περιφέρειας ΑΜΘ και της χώρας.
Συνεργαζόμενα Τμήματα
Ερευνητική Ομάδα
Αποτελέσματα
Χρηματοδοτικό πλαίσιο
Η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Έργο «Μελέτη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ νευροαπεικόνισης, νευροφυσιολογικών και εμβιομηχανικών βιοδεικτών στην αποκατάσταση
του εγκεφαλικού επεισοδίου (NEURO-BIO-MECH in stroke rehab)» (MIS 5047286), το οποίο υλοποιείται στο πλαίσιο της δράσης «Υποστήριξη της Περιφερειακής Αριστείας» που
χρηματοδοτείται από το Επιχειρησιακό Πρόγραμμα: «Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα και Καινοτομία» και συγχρηματοδοτείται από την Ελλάδα και την Ευρωπαϊκή Ένωση
(Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης).
