Wirtualna rzeczywistość (virtual reality, VR) to wygenerowany komputerowo świat, z którym użytkownik może wchodzić w różnego typu interakcje. Odpowiednio zaprojektowany angażuje wszystkie zmysły: obiekty pojawiające się przed naszymi oczami sprawiają wrażenie ich fizycznej obecności. Efekty akustyczne naśladują codzienne odgłosy, a specjalnie zaprojektowane rękawice pozwalają poczuć na naszej skórze dotyk o różnym nacisku. Świat ten pozwala na całkowite zanurzenie, stając się prawie nieodróżnialnym od rzeczywistości.
Wirtualna rzeczywistość – początki
Technologia swój początek bierze w 1969 roku w wideo instalacjach Myrona W. Kruegera. Pierwsza, zatytułowana „Glowflow”, pozwalała widzowi wpływać na wygląd wystawy swoimi ruchami: komputer analizując jego zachowanie, płynnie zmieniał kolory światła i dostosowywał efekty dźwiękowe. Autor, nie do końca usatysfakcjonowany przebiegiem wydarzenia, pracował nad usprawnieniem dialogu człowieka z maszyną, co zaowocowało kolejnymi projektami („Metaplay”, „Psychic Space”, „Videoplace”, „Small planet”).
Zaproponowane przez niego rozwiązania z czasem zaadaptowano do gier komputerowych, co umożliwiło ich popularyzację. Obecnie symulacja rzeczywistości nie tylko dostarcza rozrywki, ale jest także kluczowym elementem szkoleń wojskowych i treningów pilotów. Zastosowanie tej technologii w medycynie wydaje się naturalnym etapem jej rozwoju.
Przeczytaj także: Udar mózgu – problem interdyscyplinarny
Wirtualna rzeczywistość w medycynie
Głównym zadaniem rehabilitacji po udarze mózgu jest przywrócenie pacjentowi samodzielności. Aby pomóc w osiągnięciu tego celu, VR musi być rozumiane jako coś więcej niż tylko zadania wyświetlane na ekranie. Doznania płynące z korzystania z systemu powinny być naturalne i jak najdokładniej odpowiadać dotychczasowemu doświadczeniu użytkownika. Kluczowy wpływ na skuteczność ma możliwość wchodzenia pacjenta w czasie rzeczywistym w interakcje z trójwymiarowym światem, w którym się znalazł. Program powinien pozwolić mu swobodnie się poruszać, sięgać po widoczne przedmioty i wpływać na otoczenie.
Za co nagroda?
Założenia te spełnia nagrodzona podczas konferencji praca. Badacze przestawili w niej autorski czujnik BSN (Biomechanics Sensor Node), który dzięki zastosowanej inercyjnej jednostce pomiarowej umożliwia wnioskowanie informacji wejściowych i sterowanie środowiskiem wirtualnym. Składa się on m.in. z żyroskopu, akcelerometru i kompasu.
Na swoje powstanie musiał zaczekać, ponieważ dopiero minimalizacja podzespołów doprowadziła do zmniejszenia zapotrzebowania na energię, dzięki czemu stał się lżejszy od swoich poprzedników. Składa się z wielu elementów, jest lekki i może być przyczepiony do rehabilitowanej kończyny, a nie wpływa na jej ruchomość. Precyzyjny zapis ruchów pacjenta BSN przesyła do osoby nadzorującej ćwiczenia, która może dostosować na bieżąco program do potrzeb pacjenta, jak i wykorzystać je do monitorowania postępu rehabilitacji.
Wirtualna rzeczywistość w praktyce
Razem z BSN, badacze opracowali program, który integruje dane z umieszczonych na pacjencie czujników. Może być ich aż osiem, co pozwala na jednoczesną rehabilitację wszystkich kończyn. Pozwala to na reedeukację chodu, gdyż zsumowane informacje dają obraz motoryki całego ciała. W swoim rozwiązaniu naukowcy skorzystali z Unity Editor, kodu programowania, na którym najczęściej bazują współczesne gry komputerowe. Podczas rehabilitacji pacjent reprezentowany jest przez awatar, który przemieszcza się po ulicach miasta. Wyzwaniem, które stanęło przed badaczami, było takie zaprojektowanie środowiska, by jak najdokładniej oddawało fizjologię ruchów. Wizualizowane w komputerowym świecie kroki pacjenta, pomimo jego fizycznych ograniczeń, są pokazywane w pełnym zakresie ruchu. Pozwala to zbudować pewność siebie, a także zachęcić użytkownika do kontynuowania rehabilitacji.
Jak BSN wypadło w testach?
Testy skuteczności swojego rozwiązania badacze przeprowadzili z użyciem funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Na podstawie pomiaru wzrostu przepływu krwi i utlenowania tkanki, obrazuje on aktywne okolice mózgu. Kiedy pacjent wykonywał w czasie rehabilitacji ruchy w świecie wirtualnym, odpowiadające za nie obszary zostały uwidocznione w rezonansie. Następnym zaplanowanym etapem jest zmierzenie stopnia poprawy sprawności podczas badań klinicznych.
Wirtualna rzeczywistość a inne zastosowania
Czujniki zespołu z Uniwersytetu w Campinas nie są pierwszym urządzeniem tego typu. Ich przełomowość polega na niezwykle lekkiej konstrukcji, która nie ingeruje w zakres ruchów, oraz na ich bezproblemowej integracji z oprogramowaniem, które umożliwia całkowite zanurzenie się w VR. Taką technologią można wesprzeć standardowe metody rehabilitacji nie tylko u chorych po udarze mózgu.
Różne prace naukowe wskazują na jej skuteczność w przywróceniu koordynacji ruchowej pacjenta. Zwiększeniu siły mięśniowej czy poprawie motoryki oraz w zakresie rekompensacji deficytów poznawczych. Rehabilitację VR zastosowano u pacjentów z zaburzeniami neurologicznymi i neurodegeneracyjnymi jak np. choroba Parkinsona i Alzheimera. Ponadto, u osób z zaburzeniami odżywiania i cierpiących na mózgowe porażenie dziecięce. Z wykorzystaniem VR może być przeprowadzona również terapia lustrzana, która jest jedną z technik leczenia bólu fantomowego.
Literatura:
- José Tadeu Arantes, Virtual reality applied to rehabilitation for stroke and neurodegenerative disease patients https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-12/fda-vra121420.php
- Gaetano Tieri, Giovanni Morone, Stefano Paolucci, Marco Iosa, Virtual reality in cognitive and motor rehabilitation: facts, fiction and fallacies, Expert Review of Medical Devices 2018
- M. Krueger, Wideoinstalacje, https://aboutmyronkrueger.weebly.com/
- A. Brand˜ao, D. Colombo Dias, S. Machado Reis, C. Magri Cabreira, M.Moraes Frade , T. Beltrame, M.de Paiva Guimar˜aes G. Castellano Biomechanics Sensor Node for Virtual Reality: A Wearable Device Applied to Gait Recovery for Neurofunctional Rehabilitation, ICCSA 2020
