Motor effects of cueing in Parkinson’s rehabilitation

Abstract

A doença de Parkinson (PD), é um distúrbio neurodegenerativo que afeta principalmente neurónios produtores de dopamina, traduzindo-se em sintomas motores incapacitantes como perturbações da marcha e freezing of gait (FoG) [1], [2]. O Parkinson impacta a autonomia dos pacientes ao realizar tarefas motoras diárias, diminuindo assim a sua qualidade de vida [2], [3]. Estratégias de aplicação de pistas sensoriais em dispositivos vestivéis, surgem como possibilidades promissoras para melhorar a qualidade de vida (QoL) [3]–[5]. Personalizadas para as necessidades dos pacientes de PD, permitem estimular diferentes caminhos neurológicos para gerar resposta motora [6]. As pistas podem assim ajudar os pacientes a restabelecer controlo motor e melhorar a mobilidade dos mesmos, surgindo como uma abordagem holística para os revigorar e restaurar a sua independência [5], [7]. Este projeto pretende avaliar o impacto das pistas sensoriais, focando-se no treino contínuo com a +sensBand em pacientes de PD, explorando o seu potencial para melhorar o controlo motor e reduzir episódios de FoG. A +sensBand é um dispositivo de biofeedback vestível, na forma de uma cinta, produzido pelo BiRDLaB, desenhado para potencializar reabilitação, monitorização motora e ainda administração de pistas táteis ou visuais, personalizada em pacientes de PD. O estudo tem como objetivo compreender os efeitos motores do uso de diferentes estratégias da +sensBand, implementando novas focadas em sintomas mais avançados como o FoG, e testando-as a longo prazo sobre os pacientes, através da estruturação e condução de um protocolo para um estudo longitudinal clínico, e consequente análise dos dados adquiridos. Os estudos de validação realizados demonstraram que as pistas vibrotáteis tanto em open como closed loop, melhoraram eficazmente o desempenho da marcha, ao abordar os aspetos hipocinéticos e bradicinéticos em pacientes de PD. A combinação de pistas visuais e somatossensoriais, de ambos os métodos, numa nova estratégia focada na prevenção de FoG, foi validada com elevada aceitação em participantes saudáveis, tendo comprovado o potencial promissor para a reabilitação motora em diferentes cenários da vida diária. Estes resultados sustentaram a sua aplicação a longo prazo com os pacientes, tendo a sua eficácia dependido de um treino consistente. Adicionalmente, o treino contínuo com esta estratégia reduziu as ocorrências de FoG, melhorou o desempenho motor e a QoL dos pacientes de PD, destacando o impacto positivo desta estratégia no quotidiano destes pacientes.

Parkinson's Disease (PD) is a neurodegenerative disorder that affects dopaminergic neurons, leading to debilitating motor symptoms like gait disturbances and Freezing of Gait (FoG) [1], [2]. PD impacts patient's autonomy performing daily tasks, diminishing their overall quality of life (QoL) [2], [3]. Cueing strategies implemented on wearable devices, emerge as promising possibilities for enhancing QoL [3]–[5]. Tailored to the needs of PD patients, allow to explore different neurological pathways to generate motor response [6]. Cueing strategies can help PD patients regain motor control and improve mobility, offering a holistic approach that empowers patients and restores independence [5], [7]. This project aims to assess the impact of cueing strategies, focusing on the use of +sensBand by PD patients during several sessions, exploring its potential in improving motor control and reducing FoG episodes. The +sensBand is a wearable cueing system, an instrumented waistband from BiRDLab designed to enhance rehabilitation, motor assistence, and personalized clinical management on PD patients. The study aims to understand the motor effects of different +sensBand strategies, implement new strategies focused on targeting more advanced symptoms such as FoG, and testing the long-term rehabilitative potential of the system in PD patients by designing and conducting a protocol for a longitudinal clinical study and consequent analysis of collected data. The validation studies conducted demonstrated that both open and closed loop vibrotactile approaches effectively improved gait performance by addressing hypokinetic and bradykinetic aspects in PD patients. Further combination of both visual and somatosensory cues at open and closed-loop, in a novel strategy focused in addressing FoG, was validated with high acceptability by healthy participants and promising potential for motor rehabilitation in different scenarios of daily living. These findings supported its long-term application with end-users, with effectiveness depending on consistent and appropriate use of cueing. Additionally, continuous training with the strategy allowed improvements in PD patients FoG ocurrences, motor performance and quality of life, highlighting the positive impact of this strategy on daily living for PD patients.