Virtual Reality legt neurodegenerative Prozesse im Frühstadium offen

Wissenschaftler der polytechnischen Universität Tomsk (TPU) und der staatlichen Sibirischen medizinischen Universität (SSMU) entwickeln ein Diagnoseverfahren für neurodegenerative Erkrankungen in frühen Stadien. Dabei handelt es sich um Krankheiten wie Multiple Sklerose, Morbus Parkinson und andere.

Die Lösung basiert auf Virtual Reality-Technologie: eine Person wird in eine virtuelle Umgebung versetzt, um dort einige Funktionstests zu bewältigen. Die Forscher verändern die Parameter dieser Umgebung und zeichnen die entsprechenden Veränderungen in den Bewegungen der Probanden auf. Die technische Umsetzung des Projekts ist für das kommende Jahr geplant.

Das Diagnosesystem für neurodegenerative Erkrankungen ist ein Verbundprojekt für Wissenschaftler der polytechnischen Universität Tomsk und der Sibirischen staatlichen medizinischen Universität. Acht Wissenschaftler und Studenten der beiden Universitäten sind darin involviert.

„Unser Gleichgewichtssinn und unsere Bewegungen verdanken sich einer Reihen von Systemen. Dabei handelt es sich um den vestibulären Apparat – das Innenohr und die Bogengänge – der unsere Position im Raum und die Richtung der Schwerkraft bestimmt. Hinzu kommt die Muskulatur und das Sehen, die uns helfen, stets den Gesichtskreis zu kontrollieren. All diese koordinierten Systeme arbeiten automatisch. Sie versagen, wenn ein Mensch eine neurodegenerative Erkrankung entwickelt, etwa Parkinson“, sagt Ivan Tolmachov, TPU, Fakultät für industrielle und medizinische Elektronik, und Dozent an der SSMU.

Lange unbemerkt

Parkinson, Multiple Sklerose, Morbus Alzheimer gehören zur Gruppe der neurodegenerativen Erkrankungen. Dabei handelt es sich um langsam fortschreitende, erbliche oder erworbene Erkrankungen des Nervensystems. Geheimsam ist allen der progrediente Verlust von Nervenzellen, der mit diversen neurologischen Ausfallsymptomen einhergeht, vor allem mit Störungen der Koordination.

Effektive und erschwingliche Frühdiagnose derzeit kaum möglich

Im Falle von Parkinson kann dieser langsame Zelltod bereits im Alter von 30 Jahren beginnen, wobei die charakteristische Symptomatik erst 20 Jahre später zu Tage tritt. Daher forschen Wissenschaftler auf der ganzen Welt nach einer effektiven und erschwinglichen Diagnosemethode für derartige Krankheiten in den noch scheinbar symptomfreien frühen Entstehungsphasen.

Damit der Betroffene den Funktionsverlust selbst wahrnehme, müssten rund 80 Prozent der betreffenden Zellen verloren sein. Dann aber führe kein Weg mehr zurück zur Heilung. Aus dem Grunde sei es so wichtig, die Krankheit schon im Frühstadium zu diagnostizieren, wenn der Patient noch Hilfe erhalten könne, so Ivan Tolmachov. Die derzeit verwendeten Tests verließen sich auf visuelle Bestätigung und es mangele an instrumentenbasierten und effektiven Verfahren. „PET-Scanning (Positronen-Emissionstomografie) ist nur in neun russischen Städten verfügbar“, merkt Tolmachov an.

Marktgängige Geräte

Das an der TPU und der SSMU entwickelte System besteht aus Virtual-Reality-Brillen, einer kontaktlosen Sensorsteuerung und einer mobilen Plattform. Dabei setzen die Wissenschaftler auf marktgängige Geräte wie die Google Glasses oder Kinect. Die Probanden setzen die Brillen auf und betreten die Virtuelle Welt, in der sich das Gefälle ändert. Genau dann erfasst der Bewegungssensor die Veränderungen der Körperposition an 20 Messpunkten. Eine gesunde Person passt sich der virtuellen Realität an und bleibt in einer stabilen Position, während eine Person mit Störungen sich nicht anpassen kann und die Balance verliert.

„Wir haben schon vorhandene Geräte integriert und mathematische Modelle für die Datenauswertung entwickelt. Wir haben außerdem ein menschliches Skelettmodell geschaffen und 20 wichtige Punkte identifiziert, die die Kinect beobachtet. Die Untersuchung ermittelt die Abweichungen in den 20 Punkten“, erklärt David Khachaturyan, ein Wissenschaftler von der TPU.  Die Lösung wurde bereits an 50 Freiwilligen getestet, teils gesund, teils schon mit diagnostizierten Erkrankungen. Momentan sei es noch nicht möglich, zu sagen, ob eine Person gesund sei oder nicht, oder gar eine Diagnose zu stellen, so Tolmachov. Aber man erhält Referenzwerte und kann die Abweichungen zum typischen Gesunden ermessen. Zudem ließen sich je nach Erkrankung Unterschiede in der Art der Reaktion in der virtuellen Umgebung ausmachen.

Tests stehen noch bevor

Die vollständige technische Umsetzung des Projekts soll noch ein Jahr in Anspruch nehmen. Erst dann wird mit der Aufnahme der klinischen Tests und der technischen und toxikologischen Begutachtung und Zertifizierung gerechnet. Nicht nur für diagnostische Belange, sondern auch für die Rehabilitation soll sich das System inn Zukunft einsetzen lassen.

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