StimuLOOP: Sensomotorische Präzisions-Neuro-Rehabilitation durch personalisierte Stimulationsschleifen
Problem Schwerwiegende Beeinträchtigung des Gangverhaltens bei Schlaganfall- und Parkinson-Betroffenen
Ziel Personalisierte Neurorehabilitation in Kombination mit sensorischer Stimulation und Gedächtniskonsolidierung im Schlaf
Mit dem Projekt StimuLOOP möchte das Forschungsteam um Andreas Luft und Roger Gassert Betroffenen helfen, dass sie trotz Schlaganfall oder Parkinsonerkrankung möglichst effizient ihr normales Gangverhalten zurückge-
winnen können.
Dabei kommen neuartige Technologien zum Einsatz, darunter ein visuelles Feedback-Verfahren, das die Patientinnen und Patienten beim Erlernen eines auf ihre Bedürfnisse zugeschnittenen Gangmusters unterstützt. Zudem soll eine Kombination aus akustischer Stimulation während des Trainings und das gezielte Abspielen entsprechender Klangreize während des Schlafes helfen, das neu Erlernte langfristig zu konsolidieren.
In der ersten Phase wurden die verschiedenen komplementären Module des Projektes miteinander abgestimmt. Dazu gehören eine detaillierte Gangmusteranalyse, der Aufbau eines Trainingssetups mit realistischen visuellen Feedbacks sowie die akustische Stimulation, die mit EEG-Signalen im Schlaf synchronisiert wird. Zudem wurden krankheitsspezifische Aspekte berücksichtigt, wie zum Beispiel Bewegungsblockaden bei Parkinson-Patientinnen und -Patienten.
Ausgewählte Forschungsergebnisse
Seit dem Start des Projekts StimuLOOP im Jahr 2021 konnten bereits bedeutende Fortschritte erzielt werden. Mehrere Vorstudien wurden erfolgreich durchgeführt, um den wissenschaftlichen Aufbau zu validieren. Dabei wurden neue Technologien getestet, Methoden und Mechanismen des motorischen Lernens in Pilotstudien untersucht und damit die Rahmenbedingungen für die komplexe Hauptstudie geschaffen.
Die Pilotstudien haben wertvolle wissenschaftliche Erkenntnisse geliefert, die auf internationalen Konferenzen und in renommierten Fachjournalen vorgestellt wurden. Ein besonderes Highlight war eine eigene Session für StimuLOOP auf der Internationalen Konferenz für Neurorehabilitation (ICNR 2024), die zu einem regen internationalen Austausch und neuen Kollaborationen führte. Ein weiterer Höhepunkt war die starke StimuLOOP-Präsenz beim diesjährigen Symposium des Zürcher Zentrums für Neurowissenschaften, wo insbesondere Nachwuchsforschende ihre Projekte vorstellen konnten.
Abgeschlossene Pilotstudien
Es wurden folgende Pilotstudien zu StimuLOOP abgeschlossen:
- Untersuchung zum Nutzen von angereichertem Feedback für Gangtraining in der Neurorehabilitation Zuverlässigkeit und Bedeutung von verschiedenen Trainingsparcours bei Patientinnen und Patienten mit Parkinson
- Untersuchung zur Machbarkeit von personalisiertem Feedback zur Beeinflussung von Gang- und Gleichgewichtsparametern
- Gezielte Gedächtnisreaktivierung von Feedback-basiertem Lernen der motorischen Anpassungsfähigkeit
- Untersuchung von neurologischen Biomarkern für pathologisches Gangverhalten bei Parkinson
- Einfluss der willentlichen Unterdrückung der Beta-Band-Leistung auf die Qualität des Bewegungsmusters
- Nutzen der Klassifizierung des Gangverhaltens auf Basis von Beobachtungen
- Machbarkeitsstudie zur Nutzung von Tosoo und hochauflösendem EEG bei Schlaganfallpatientinnen und -patienten
Aus den Resultaten dieser Pilotstudien sind neue Forschungszweige entstanden, die nun zu eigenständigen Projekten unter der Leitung von Nachwuchsforschenden weiterentwickelt werden. Dazu gehören auch erste Versuche, die Methoden von StimuLOOP in vereinfachte, mobile Technologien zu integrieren.
Hauptstudien zu Schlaganfall und Parkinson
Neben diesen wissenschaftlichen Fortschritten sind auch die Hauptstudien zu Schlaganfall StimuLOOP.STR (StimuLOOP Stroke) und zu Parkinson StimuLOOP.PD (StimuLOOP Parkinson’s Disease) angelaufen. Das Projektteam hat bereits ein Viertel der geplanten Messungen abgeschlossen, und die ersten Rückmeldungen der Teilnehmenden sind positiv. Konkrete Schlussfolgerungen zur Wirksamkeit der Intervention werden jedoch erst nach Abschluss der Studie möglich sein.
Beteiligte Forschungsgruppen
- Andreas Luft: Klinik für Neurologie, Universitätsspital Zürich
- Roger Gassert: Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie, ETH Zürich
- Christian Baumann: Klinik für Neurologie, Universitätsspital Zürich
- Reto Huber: Entwicklungspädiatrie, Universitäts-Kinderspital Zürich und Psychiatrische Universitätsklinik Zürich
- William Taylor: Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie, ETH Zürich
- Julia Vogt: Departement Informatik, ETH Zürich
Junior PIs:
- Chris Awai: Data Analytics & Rehabilitation Technology, Lake Lucerne Institute
- Meret Branscheidt: Klinik für Neurologie, Universitätsspital Zürich
- Olivier Lambercy: Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie, ETH Zürich
- Angelina Maric: Klinik für Neurologie, Universitätsspital Zürich
Ermöglicht durch:
Vorgestellt in:
Individuelle Neurorehabilitation
«Schlaganfall und Parkinson sind die häufigsten neurologischen Erkrankungen in der älteren Bevölkerung und verursachen erhebliche Behinderungen. Bei beiden ist oft auch der Gang gestört.»
Das Projekt im Überblick
Leitung:
Prof. Dr. med. Andreas Luft
Leitender Arzt, Schlaganfallzentrum, Universitätsspital Zürich
Prof. Dr. Ing. Roger Gassert
Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie, ETH Zürich
Dauer: 2021 – 2026
Hochschulen: ETH Zürich, Universität Zürich
Spitäler: Universitätsspital Zürich, Kinderspital Zürich
Forschende: 18
Kooperationspartner: 4
Patienten: 60 (30 Parkinson, 30 Schlaganfall)
In Zusammenarbeit mit der Neurorehabilitationsklinik cereneo