Obwohl die meisten Mütter von Babys, die sehr früh geboren wurden, wissen, dass ihre Kinder bergauf gehen, wusste Monica Ellis von Anfang an, dass eines ihrer neuen Zwillingsmädchen auf einen Berg blickte.
Kara und Katie waren Mikro-Frühchen, die erst in der 25. Schwangerschaftswoche geboren wurden. Nach den ersten Tagen von Touch-and-Go-Eingriffen verbesserte sich Katie stetig, ihre Schwester jedoch nicht. Kara war ein- und ausgeschaltet und hatte Probleme mit dem Essen. Später, als sie endlich nach Hause kam, machte sie merkwürdige Bewegungen, schnitt sich die Finger und hatte weiterhin Schwierigkeiten beim Füttern. Kara konnte nicht gedeihen.
Ellis, eine Krankenschwester mit zwei älteren Kindern zu Hause, wusste, dass Kinder Meilensteine mit unterschiedlichen Raten erreichen. Aber ein Bauchgefühl und unaufhörliche Nachforschungen zeigten ihr, dass mit Kara etwas nicht stimmte. Ihr Kinderarzt stimmte zu und überwies sie an einen Physiotherapeuten. Im Alter von nur wenigen Monaten wurde bei Kara Zerebralparese diagnostiziert.
Karas Physiotherapeut Robert Eskew kannte einen Kollegen, der ungewöhnliche neue Forschungen zu frühen Interventionen bei Kindern mit Zerebralparese und anderen motorischen Entwicklungsverzögerungen durchführte. Er schlug vor, sie zu besuchen.
"Ich war diese Mutter, die die ganze Zeit am Computer war, um Sachen zu lesen, weil ich so besorgt um Kara war", sagt Ellis.
Thubi Kolobe (links) verwendet derzeit ein neuronales Rückmeldungsnetz, um die Echtzeitaktivität im Gehirn von Babys zu untersuchen, während diese mit dem SIPPC navigieren. (Zentrum für Gesundheitswissenschaften der Universität von Oklahoma) Ellis brachte ihre Tochter zu Thubi Kolobe, einer Physiotherapeutin am Health Sciences Center der Universität von Oklahoma. Sie lernt und arbeitet mit Babys, während sie lernen, sich zu bewegen. Zu Beginn ihrer Karriere an der University of Illinois in Chicago entwickelten Kolobe und Kollegen eine Bewertung, den Test der motorischen Leistung von Säuglingen, um Säuglinge zu identifizieren, bei denen das größte Risiko besteht, an Zerebralparese (CP) zu erkranken. Diese Arbeit verwandelte sich in ein Interesse daran, wie diese Probleme der Gehirnentwicklung die motorische Entwicklung bei sehr kleinen Kindern beeinflussen.
Kolobe und Peter Pidcoe, ein ehemaliger Kollege aus Chicago, haben ein skateboardähnliches Gerät namens SIPPC („sip-see“) oder Self-Initiated Prone Progressive Crawler entwickelt. Durch die Erfindung können motorisch behinderte Babys lernen, sich zu bewegen.
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Schätzungsweise 80 bis 90 Prozent der Kinder mit CP werden mit dieser Krankheit geboren, und die Ärzte arbeiten immer noch daran, die Ursachen zu verstehen. Eine Reihe von Faktoren kann zu einer Schädigung des Gehirns führen, die für CP charakteristisch ist, darunter Gehirninfektionen, Kopfverletzungen oder andere frühe Traumata. Extra frühe Babys wie Kara und Katie sind ebenfalls eine Risikogruppe. Unabhängig von der Ursache wirkt sich CP immer auf die Muskelkontrolle aus, und bei Kindern wird die Diagnose oft erst im Alter von einem Jahr oder mehr gestellt.
Das Problem bei dieser späten Diagnose ist, dass das Baby, wenn Eltern und Ärzte ein Problem bemerken, bereits die Phasen durchlaufen hat, in denen es gelernt hat, sich zu bewegen - rollen, sitzen, krabbeln, cruisen und torkeln. Die zufälligen Tritte und Wackelbewegungen eines normalen 3-Monats-Babys leisten wichtige Arbeit, indem sie wichtige neuronale Verbindungen herstellen, die zu fortgeschrittenen motorischen Fähigkeiten führen, wie zum Beispiel Gehen oder Schreiben mit einem Bleistift.
Ein farbenfrohes Spielzeug außerhalb der Reichweite eines Kindes zu platzieren ist normalerweise genug, um es zu stimulieren, danach zu greifen und zu versuchen, in seine Richtung zu taumeln. Er wird belohnt, wenn die Anstrengung zu einer Bewegung in Richtung des Spielzeugs führt. Mit zunehmender Übung lernt das Baby schließlich, sich schnell zu bewegen und das Spielzeug zu greifen, weil sein sich entwickelndes Gehirn die neuronalen Verbindungen verstärkt, die diese Fähigkeit steuern.
Das Gegenteil ist aber auch der Fall. Das Gehirn von Säuglingen hat eine rücksichtslose Politik, die es benutzt oder verliert. Wenn ein Baby versucht, sich zu bewegen und nicht den gewünschten Effekt erzielt, schneidet das Gehirn diesen motorischen Weg ab. Babys mit CP sind bei ihren Versuchen oft erfolglos.
Durch ihre Arbeit mit Säuglingen wurde Kolobe zunehmend besorgt, dass CP-gefährdete Babys unnötigerweise frühzeitig ausfallen würden. Bewegungstherapie für Kleinkinder mit CP beinhaltet passive Strategien, wie sie auf ein Handtuch zu legen und sie vorsichtig herumzuziehen. Aber die Kinder bewegen sich nicht selbst, sodass diese Bewegungswege immer noch nicht verstärkt werden. Die Kolobe Filztechnologie musste eine Lösung bieten.
"Ich dachte, es muss eine Möglichkeit geben, diese Babys zu unterstützen, diese Einschränkungen zu umgehen und sie trotzdem in die Lage zu versetzen, sich selbst zu bewegen und zu erkunden", sagt Kolobe. "Ich wollte etwas, das die frühen eigenständigen Bewegungen eines Babys nutzen kann, um sie am Laufen zu halten und sie in funktionale Funktionen umzuwandeln."
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Im Jahr 2003 wandte sich Kolobe an Pidcoe, der ein eigenartiges Labor an der Virginia Commonwealth University in Richmond leitet. Menschen kommen zu ihm - ein Physiotherapeut und Ingenieur -, wenn sie Hilfe bei der Erstellung eines Therapie-Tools benötigen, das es noch nicht gibt. Zu gleichen Teilen bastelt Doc Brown und Tony Stark in einer Garage im Keller des West Hospital der VCU. Dort stellt er Geräte von elektronischen Ermüdungsmessgeräten her, um mögliche Verstauchungen der Prothesen vorherzusagen. Sein Labor ist voll mit Drähten, Motoren, Computerchips und modifizierten Trainingsgeräten, wie dem Ellipsentrainer, den er und seine Doktoranden für die Verwendung als Gangtrainer für Schlaganfallpatienten entwickelt haben.
Mit Hilfe von Kolobe hat Pidcoe die Algorithmen geschrieben und ein motorisiertes Gerät mit Sensoren gebaut, die auf kleine Tritte und Gewichtsverlagerungen von Babys reagieren, indem sie diese mit einem zusätzlichen Schub belohnen. Ein Baby liegt direkt auf dem gepolsterten Brett, das mit weichen Neoprenbändern gesichert ist, und seine Arme und Beine sind mit Sensoren verbunden, die an den Bordcomputer angeschlossen sind. Spätere Versionen des SIPPC verfügten über einen "Strampler-Modus", ein Hemd mit eingebetteten Sensoren zur Feinabstimmung der Richtungserkennung, sodass selbst Babys, die nicht viel Kraft erzeugen konnten, durch Vorwärts-, Quer- oder Rückwärtsbewegung verstärkt werden konnten.
„Die Bewegungen von Armen und Beinen eines Kindes werden differenziert gemessen, und der SIPPC verwendet diese Werte, um Muster zu identifizieren, die wir belohnen möchten“, erklärt Pidcoe. "Sie lenken die Belohnung auf die Aktivitäten, die Sie erreichen wollen."
Pidcoe und Kolobe erhielten im Januar 2015 ein Patent für den SIPPC. (USPTO) Pidcoe und einige seiner Studenten werden den SIPPC am 26. und 27. September beim Smithsonian Innovation Festival im National Museum of American History demonstrieren. Die Veranstaltung, die von der Smithsonian Institution und dem US-Patent- und Markenamt organisiert wird, zeigt neue Technologien, die entwickelt wurden von unabhängigen Erfindern und anderen aus Universitäten, Unternehmen und Regierungsbehörden.
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Ellis, der in Calumet, Oklahoma, lebt, konnte Kara in eine neue Studie einbeziehen, die Kolobe durchführte, um die Wirksamkeit des SIPPC als therapeutisches Gerät zu testen. Am Anfang lag Kara nur unmotiviert auf ihrem Bauch, um daran teilzunehmen. Sie lutschte an ihren Fingern und sah zu, wie ihre Mutter und Kolobe versuchten, sie zum Spielen zu verleiten.
"Um sie in Bewegung zu bringen, würden wir ihre Finger aus dem Mund nehmen, und sie würde wütend werden", erinnert sich Ellis. Sie könnten dann Karas Aufmerksamkeit mit einem Spielzeug erregen. Als sie das erste Mal alleine nach einem Gegenstand griff, jubelten Ellis und Kolobe.
"Es hat einen Schalter umgelegt", sagt Ellis. "Sie drehte den Kopf und sah uns an wie 'Oh, du magst das?' Diese positive Resonanz hat ihr wirklich geholfen zu lernen, Dinge selbst zu tun. “
Mit Hilfe und Unterstützung des SIPPC lernte Kara, wie man kriecht. Heute geht eine aktive Vierjährige im Vorschulalter mit ihrer Schwester Kara spazieren, redet und rennt. Sie wurde offiziell aus der Physiotherapie entlassen. Ellis sagt, ohne den SIPPC wären die kleinen Hindernisse in Karas Kindheit wesentlich schwieriger zu überwinden gewesen.
"Schon als kleines Frühchen ließ sie jeden alles für sich tun, weil sie es nicht alleine konnte", sagt Ellis. „Die abwartende Herangehensweise an Zerebralparese könnte geändert werden, wenn alle versuchen würden, ein wenig anders zu denken. Durch frühzeitiges Eingreifen können wir diese Babys dazu bringen, ihr Gehirn frühzeitig neu zu verdrahten. “
Auch Kolobe will zeigen, dass selbst sehr junge Säuglinge angesichts einer möglichen Behinderung in der Lage sind, enorme Gewinne zu erzielen.
"Dies kann passieren, wenn wir die kleinen Fähigkeiten, die sie haben, nutzen und multiplizieren, damit sie erfolgreich sind, und dies können wir nur mithilfe der Technologie tun", sagt sie. "Als Wissenschaftler gibt es so viele Fragen zu beantworten, und ich glaube, wir haben noch nicht einmal die Oberfläche mit dem gekratzt, was wir daraus lernen können."
Das motorisierte Gerät verfügt über Sensoren, die auf Tritte und Gewichtsverlagerungen des Babys reagieren. Das Gerät belohnt das Baby mit einem zusätzlichen Schub. (Zentrum für Gesundheitswissenschaften der Universität von Oklahoma) Kolobe und Pidcoe arbeiten weiterhin in ihren jeweiligen Labors am SIPPC, jedoch mit geringfügig unterschiedlichen Kapazitäten. Kolobe verwendet derzeit ein neuronales Rückmeldungsnetz, um die Echtzeitaktivität im Gehirn von Babys zu untersuchen, während diese mit dem SIPPC navigieren, während Pidcoe daran arbeitet, das Design in der Hoffnung zu verfeinern, dass es Eltern und Therapeuten zu einem relativ geringen Preis kommerziell zur Verfügung stehen wird bezahlbarer Preis.
Die Versionen, die dieses Wochenende auf dem Smithsonian Innovation Festival zu sehen sein werden, kosten derzeit zwischen 200 und 300 US-Dollar. Letztendlich stellt sich Pidcoe Versionen vor, die mit einer Handy-App gefahren werden können, und sogar eine für blinde Kinder, die ein sanftes haptisches Feedback-Summen verwendet, um ein Kind in die richtige Richtung zu locken.
„Wir möchten untersuchen, wie wir Technologie früher zum Wohle von Kindern einführen können“, sagt Pidcoe. "Dies ist ein Beispiel dafür, wie sich klinische und technische Tools wunderbar verbinden."
Das Smithsonian Innovation Festival findet am 26. und 27. September zwischen 10 und 17 Uhr im National Museum of American History statt
