Forskningsteamet tester kjøresimulator for slaggjenoppretting

Traumatisk hjerneskade (TBI) kan være en av de mest ødeleggende skader som kan skje med et menneske. Fordi det skaden er usynlig, TBI og slag pasienter har ofte problemer med å overbevise andre om at skaden er reell, og variasjonen av symptomer gjør effektive terapier vanskeligere å designe og administrere. Men nå undersøker en forsker ved Loyola Marymount University i Los Angeles om hjerneslag og TBI-overlevende kan dra nytte av å bruke en kjøresimulator designet for bilracing for å teste for nevrologiske mangler og omskole overlevende til å kjøre trygt.

«Jeg er i de tidlige stadiene av et forskningsprosjekt som skal undersøke bruken av kjøresimulatorer, som f. SimGear GT, for utvinning av hjerneslag. Målet med forskningen er å se om trening med simulatorer som gir bevegelsesfeedback er mer effektivt enn dagens kliniske standard som ofte bruker simulatorer med fast base, sier Brendan Smith, assisterende professor i maskinteknikk ved Loyola Marymount, til Digital Trender.

Hvorfor racingsimulatorer er forskjellige

Moderne racingsimulatorer er mye mer komplekse enn kjøreoppsettene designet for hjemmespilling. En full racingsimulator er designet for å skape en oppslukende virtuell virkelighetsopplevelse, inkludert å flytte hele plattformen for å simulere G-krefter og de faktiske bevegelsene til et kjøretøy.

Keith Maher er en tankeleder innen VR-simuleringsteknologi. Han driver et firma som heter VR Motion basert i Hillsboro, Oregon. Maher har bygget både racingsimulatorer og offentlige veitreningssystemer slik at han vet forskjellen mellom de to bedre enn de fleste. "Forskjellen mellom et spill og en simulering er at et spill vil gi opp virkeligheten slik at det er det morsomt, mens en simulering vil forutsi, med nøyaktighet, hva som kommer til å skje i den virkelige verden,» forklart.

Gjeldende racingsimulatorteknologi inkluderer wraparound-skjermer for en sømløs visning både foran og ved siden av føreren, og VR-teknologi som f.eks. Oculus rift briller for å gi de visuelle effektene. Paul Stary, president og administrerende direktør i VirtualGT i Costa Mesa, California, er en spesialist på å gjøre det virtuelle miljøet virkelig oppslukende.

"Det som skjer er at du har det bevisste sinnet og det ubevisste sinnet i konflikt med hverandre," sa Stary. "Det bevisste sinnet er en villig deltaker, det vil at illusjonen skal være ekte. Når du sitter i en simulator opplever du en samling effekter som lyd, vibrasjon, bevegelse, det visuelle bildet som produseres, vibrasjon i kontrollene, tvungen tilbakemeldingseffekter, og så videre. Alle disse effektene kommer sammen for å skape denne illusjonen. Underbevisstheten sammenligner det som skjer i simulatoren med virkeligheten for å finne ut om det er ekte eller ikke."

Smith tester om en bevegelig simulator er bedre enn en grunnleggende kjøresimulator med fast base for terapeutisk bruk.

"De fleste simulatorer som for tiden brukes til terapi er av den faste variasjonen," fortsatte han. "Disse simulatorene gir ikke bevegelses-tilbakemeldinger som er i ferd med å bli gullstandarden blant sim-racing-miljøet. Uten denne tilbakemeldingen reduseres kjøringen fra det rike samspillet mellom visuelle, haptiske og vestibulære sensasjoner til en krevende visuell øvelse. Simulatorer med fast base kan derfor være utilstrekkelig klinisk praksis, fordi de neglisjerer grunnleggende kjøreferdigheter som pasienter stolte på før de fikk hjerneslag."

Den kognitive delen av bilkjøring

"Neurologisk skade, som hjerneslag, fører til et bredt spekter av fysiske og kognitive svekkelser," bemerket Smith. "Det er adaptive teknologier som rattknotter og håndtaksfester for gass- og bremsepedalene som i stor grad kan hjelpe med den fysiske siden. Men på den kognitive siden er teorien vår at mange av refleksene som sjåfører er avhengige av kan bli avbrutt av et slag.»

Ved å bruke en simulator kan forskere teste for disse kognitive problemene uten å sette pasienten inn i et faktisk kjøretøy.

"Før et slag kan de fleste sjåfører sannsynligvis stoppe i et veikryss med minimal oppmerksomhet til selve stoppingen," sa Smith. "I stedet er det mer sannsynlig at sjåfører tenker på hva de skal gjøre videre, og ser etter om det vil være klart gjør det, og sannsynligvis se bak og rundt for å sikre at ingen gjør noe ut av vanlig. Svært lite visuell oppmerksomhet er nødvendig for å komme til en jevn stopp på rett punkt. Sjåfører bruker en rekke andre sanser for å utføre manøvrer så konsekvent. Dette inkluderer en persons følelse av balanse og kontakttrykk med setet, som begge avhenger av hastigheten på akselerasjon, bremsing eller svinging. Vi frykter at nevrologiske skader endrer hvordan disse sansene føles under kjøring, og de krever trening for å lære seg på nytt."

Å finne et trygt sted for pasienter å øve på å kjøre og demonstrere hva de kan er nøkkelen til effektiv testing og terapi.

"Å sette seg bak rattet og faktisk øve vil sannsynligvis føre til den raskeste restitusjonen, men det kan være ganske farlig," sa Smith. "Simulatorer med fast base kan virke som de ville hjelpe. Etter et slag kan det begynne å føles som om alt på veien skjer for fort, og det vil være lett å tenke at enhver simulering vil være god praksis. Forskerteamet mitt forventer imidlertid at kjøringen blir så overveldende, hovedsakelig fordi det å miste noen få nøkkelreflekser plutselig betyr at alt må gjøres med syn. Hvis du ikke kan måle retardasjon ved å føle, må du plutselig fiksere på tempoet der avstanden til holdeplassen nærmer seg. Plutselig blir alle de andre kravene til kjøring sekundære, og sjansene for ikke å se en uventet fare øker. Simulering med fast base vil ikke trene opp disse refleksene, og må i stedet trene opp nye ferdigheter, som kan være for krevende etter et slag."

Hvorfor full-motion VR-simuleringsteknologi er annerledes

Motivasjonen for å bruke simulatorer med bevegelsesfeedback er å trene opp disse nøkkelrefleksene i et slag eller TBI-overlevende. Ved å la hver pasient øve på ferdighetene og utvikle refleksene og selvtilliten til å kjøre, simulatoren gir dem mulighet til å utnytte all følelsen, bevegelsen og kognitive evnen de beholder for å komme tilbake bak hjul trygt.

"For øyeblikket kjører vi foreløpige eksperimenter for å finne ut hvordan bevegelsesfølelse påvirker ikke-deaktivert førerytelse under simulert kjøring," forklarte Smith. "Hvis de gjør det bedre med bevegelsesfeedback enn i fast-base-modus, vil dette være et godt bevis på at bevegelsesaktiverte simulatorer engasjerer refleksene som er kritiske for kjøring. Deretter vil vi begynne å teste om slagoverlevere også forbedrer kjøreevnen mer med bevegelsesfølelse, til slutt å teste om dette fører til bedre kjørekondisjon på veien, bestemt av profesjonell kjøring evaluatorer. Vi vurderer også å utvide denne studien til overlevende av traumatisk hjerneskade (TBI) som mange av våre veteraner som har vært utsatt for hjernerystelse eller slagrelaterte skader."

Bruk av full-motion simulatorer kan teste for underskudd i en realistisk simulering, og også hjelpe med restitusjon.

– Hva har dette med rehabilitering å gjøre? spurte Smith. «For det første, etter et hjerneslag, føles hverdagsopplevelser ofte annerledes. For eksempel kan bremsing plutselig føles som å svinge til høyre, og mange av refleksene som utvikles i løpet av årevis med kjøring kan begynne å gi feil informasjon. Heldigvis er hjernen vår flink til å tilpasse seg endringer som dette, vi gjør det hver gang vi lærer noe, enten vi har hatt hjerneslag eller ikke. Men denne tilpasningen krever øvelse. Og hvis den simulatormedierte terapien ikke involverer bevegelsesfølelse, vil ikke denne viktige delen av restitusjonen skje."

Simulatorprodusenter er om bord

Racingsimulatorprodusenter har omfavnet forskningen på de terapeutiske bruksområdene til produktene deres. Zach Davis løper SimGear Simulatorer i Schaumburg, Illinois. SimGear leverte simulatorene som er i bruk på Loyola Marymount.

«Jeg har noen familiemedlemmer som har hatt slag. Det er utrolig å kunne være en del av dette prosjektet, vel vitende om at det kan hjelpe andre i fremtiden og forstå mer om ettervirkningene av et slag," sa Davis. "Nå som de har simulatoren, ser jeg frem til å se hvilke andre studier de bruker den til, for nå har alle tilgang til den på deres anlegg."

Chris Considine er pådriveren bak CXC-simuleringer i Los Angeles, California, og en annen leder i å bringe racingsimulering til medisinsk forskning og terapi.

"For 15 år siden snakket jeg med folk om dette, men ingen trodde oss," husket Considine. "På grunn av motorsportens natur og måten vi trener gjennom simulering, kan det virkelig strekke seg gjennom mange andre disipliner. I motorsport skjer alt så raskt at du må falle mer tilbake på muskelminnet. Du får ikke tid til å tenke på handlingene dine; du må reagere. Det er så mange applikasjoner for det, og åpenbart er slaggjenoppretting en av disse. Vi hører også mye om TBI fra NFL. Det er så mange applikasjoner; det stopper aldri."

Som maskiningeniør har Smith en klar plan for arbeidet sitt.

"For vår forskning vil vi teste hypotesen om at bevegelsesfølelse faktisk er en primær kilde til tilbakemelding fra føreren uavhengig av hjerneslag eller alder," sa han. "Deretter vil vi undersøke om utvidet trening med en bevegelsesaktivert simulator, som SimGear GT, kan hjelpe slagoverlevere med å lære om følelsen av å bremse, svinge og akselerere. Vi forventer at dette vil gjenopprette refleksene som gjør kjøremanøvrer enklere og lar slagoverlevere fokusere oppmerksomheten på de fineste punktene ved sikker kjøring.»