Možnosti využití aktivních videoher v rehabilitaci

Práce poukazuje na možnosti využití aktivních videoher Kinect Xbox 360 a Nintendo Wii v pohybové léčbě nemocných s různými typy diagnóz. V textu jsou popsány základní vlastnosti těchto herních systémů, potenciální přínos, limity i rizika použití. Na základě poznatků současných studií jsou v práci uvedeny možnosti využití v rehabilitaci. Součástí je kazuistika pacienta s neurologickým postižením, kdy v terapii bylo využito prvků balanční terapie pomocí balanční podložky systému Nintendo Wii.

Klíčová slova:
Kinect Xbox 360, Nintendo Wii, pohybová léčba, videoherní systémy

ÚVOD

V posledních letech se zvyšuje popularita aktivních videoher jako jsou Kinect Xbox 360 (obr. 1), Nintendo Wii, Dance Dance Revolution a Sony Eye Toy, které pro ovládání hry vyžadují vlastní pohyb uživatele. Systémy pracují na principech snímání těla pomocí speciálních senzorů (využívají kamery, akcelerometry, tlaková čidla). Signál je přenesen do herních konzolí a jejich modulací se uživatel zapojuje do vybrané hry. Nabízí se otázka, zda pohybová aktivita nutná k ovládání her má potenciál i jako doplňková terapie ke konvenční léčbě v rámci léčebné rehabilitace.

V předloženém článku je používán pojem aktivní videohra. V anglicky psané odborné literatuře se tímto tématem zabývá řada studií. Objevují se nejčastěji následující pojmy: active video games – AVG (20, 13), exergames (13, 1), interactive computer gaming (31), interactive game-based rehabilitation (17), video game system (12), activity-promoting gaming systems (27), virtual reality using gaming technology (24), virtual reality exercises (25). Někteří autoři spojují přímo komerční název konkrétního videoherního systému s pojmem rehabilitace: Wiihabilitation nebo Wii in rehabilitation při využití systému Nintendo Wii (2), Kinerehab při využití systému Kinect (8).

Cílem tohoto článku je upozornit na možnosti využití, shrnout potenciální přínosy, limity i rizika a na základě zahraničních studií podat stručný přehled některých aplikací.

Možnosti využití aktivních videoher v rámci pohybové léčby

Aktivní videohry jako doplňkový terapeutický prostředek jsou pilotně zaváděny u poměrně širokého spektra onemocnění napříč věkovými kategoriemi (od dětského věku až po seniory). Hry jsou používány nejčastěji s cílem dosažení některého z následujících efektů: zvýšení celkové úrovně pohybové aktivity, zvýšení energetického výdeje, zlepšení koordinace, rovnováhy, zvýšení síly, zlepšení provádění cílených pohybů zejména horní končetinou. K častým způsobům využití aktivních videoher patří použití v domácím prostředí. V širším pohledu nelze opomenout i další oblasti možné intervence - podpora kognitivních funkcí, psychoterapeutický efekt, ergoterapeutický efekt.

Aktivní videohry z hlediska energetického výdeje

S nárůstem sedavého způsobu života ve vyspělých zemích nedosahuje část populace doporučené denní doby fyzické aktivity. V doporučení WHO (World Health Organization) pro dospělou populaci se uvádí minimálně 150 minut týdně středně intenzivní aerobní nebo alespoň 75 minut týdně intenzivní aerobní pohybové aktivity nebo jejich kombinace. Pro zvýšení zdravotního efektu je navrhováno 300 minut týdně středně intenzivní aerobní nebo 150 minut intenzivní aerobní pohybové aktivity (28).

Z hlediska energetického výdeje se jeví použití aktivních videoher jako výhodné. Bylo zjištěno, že aktivní videohry jsou na úrovni mírné a středně intenzivní pohybové aktivity (13, 19). Miyachi a spol. (20) testovali hry dodávané pro systém Nintendo a potvrdili, že třetina her může odpovídat až středně intenzivní fyzické aktivitě.

Přestože výdeje při simulaci neodpovídají energetickým výdejům při reálné hře či sportu, dosažení střední intenzity zátěže může mít pozitivní vliv v zabránění zvýšení tělesné hmotnosti. Aktivní videohry tak mohou poskytovat alternativu k tradičním cvičením a zvýšit dostupnost aktivnějšího životního stylu (10, 11). Aktivní videohry mají potenciál u dospělých, kteří hrají denně, zvýšit jejich energetický výdej (10).

Děti a dospívající by se fyzické aktivitě měli věnovat 60 nebo více minut denně s převahou středně intenzivní a intenzivní aerobní pohybové aktivity a částečně silovým cvičením nejméně 3 dny v týdnu. Biddiss a Irwin (4) se v přehledovém článku zaměřili na studie hodnotící energetický výdej a srdeční frekvenci při hraní aktivních videoher u dětí a jedinců do 21 roků. Autoři se shodují s výše uvedeným, že aktivní videohry umožňují dosáhnout lehké a středně intenzivní pohybové aktivity. Dosažená úroveň pohybové aktivity je vysoce variabilní v závislosti na typu hry. Energetický výdej je významně nižší u her, při kterých se zapojuje pouze horní polovina těla nebo se zapojuje pouze jedna horní končetina. Energetický výdej se rovněž liší v závislosti na herní úrovni hráče (29).

Aktivní hraní může přispět k aktivnějšímu životnímu stylu u dospívajících tím, že přispívá k času strávenému fyzickou aktivitou. Aktivní hráči uvádějí, že čas věnovaný aktivním videohrám by jinak trávili méně aktivními činnostmi (26, 21).

Při hraní aktivních videoher dochází ke zvýšení srdeční frekvence, maximální spotřeby kyslíku a energetického výdeje. Efekt je podobný tradičním pohybovým aktivitám na úrovni mírně a středně intenzivní fyzické aktivity (22). Zatím však nejsou k dispozici důkazy o dlouhodobém účinku aktivních videoher na fyzickou aktivitu (4).

Využití aktivních videoher v neurorehabilitaci

Aktivní videohry jsou pilotně využívány i u pacientů s neurologickými problémy. Na rostoucí trend využití videoher u pacientů s cévní mozkovou příhodou poukazují Laver a spol. (18) a Saposnik a spol. (24).

Cévní mozková příhoda (CMP) zanechává u 55-75 % (u těch, kteří přežili) motorické následky ovlivňující kvalitu života (24). Konvenční terapie může napomoci při obnově motorických funkcí a snížení disability. Uplatňují se postupy neurorehabilitace s cílem aktivovat „spící“ neurony, které mohou částečně nahrazovat poškozené spoje. Diskutovány jsou vlivy neuroplasticity. Aktivací určitých synaptických spojů a funkčních neuronálních okruhů, včetně oblastí frontálních, parietálních i temporálních, může část mozkové kůry převzít funkci poškozených částí, dochází k vyvolání kortikální reorganizace. Důležitým faktorem je opakovaná stimulace - opakovaný intenzivní trénink na úkol zaměřených pohybů (task oriented approach).

V popředí zájmu rehabilitace po CMP s využitím aktivních videoher stojí zejména rehabilitace horní končetiny, ovlivnění rozsahu pohybu a rovnováhy. Laver a spol. (18) se v přehledovém článku zabývali hodnocením efektu využití aktivních videoher u pacientů po CMP. Na základě prozkoumání 19 vybraných studií dospěli k závěru, že využití aktivních videoher může být prospěšné při zlepšování funkce ramene a ADL činností, statisticky významné změny nebyly prokázány pro sílu úchopu a rychlost chůze. Prange a spol. (23) potvrzují možnost aplikovat aktivní videohry v rámci neurorehabilitace s potenciálem zlepšit motorický stav u pacientů po CMP. Pacienti jsou pomocí aktivních videoher stimulováni k funkčnímu tréninku aktivně a intenzivně.

Saposnik a spol. (25) hodnotili výsledky využití Wiimote ovladače systému Nintendo v rehabilitaci horní končetiny u pacientů po CMP. Ovladač Wiimote systému Nintendo je bezdrátový ovladač reagující na změny směru, rychlosti a zrychlení prováděné horní končetinou. Pomocí senzoru s využitím infračerveného světla je provedeno zaměření a určení polohy hráče. Výsledky ukazují signifikantní zlepšení v motorických funkcích, které klinicky představovalo významné zkrácení doby o 7 sekund v porovnání k době před terapií (testován funkční motorický test dle Wolfa - Wolf motor function test). Potvrdili, že tato herní technologie představuje bezpečnou (neshledali žádné nežádoucí účinky v průběhu sledovaného období) a potenciálně efektivní alternativu k usnadnění rehabilitační terapie a podpoře pohybových funkcí po cévní mozkové příhodě.

Efekt aktivních videoher na zlepšení motorické funkce horní končetiny u pacientů po CMP popisují Yong a spol. (30). Nalezli po terapii pomocí Wii Nintendo signifikantní rozdíly v testu Fugl-Meyer arm scale, Motricity indexu a nesignifikantní změny v modifikované Ashworthově škále.

Řada studií se věnuje použití u pacientů s dalšími diagnózami, jako jsou např. Parkinsonova nemoc, dětská mozková obrna (15), traumata mozku, cerebelární ataxie (16), Downův syndrom (13) aj. Frekventně sledovanými parametry jsou: rovnováha, motorická funkce horní končetiny a ADL činnosti. I když nelze z těchto studií na malých vzorcích stanovovat jednoznačné závěry, práce poukazují na např. zlepšení rovnováhy, chůze, zlepšení motorických dovedností, zvýšení počtu správně provedených pohybů a podobně.

Ilg a spol. (16) využili pohybově ovládané videohry systému Kinect Xbox 360 u skupiny adolescentů s progresivní cerebelární ataxií. Intenzivní koordinační trénink v délce 8 týdnů prokázal signifikantní redukci některých symptomů ataxie (hodnoceno pomocí škály Scale for the assesment and rating of ataxia score), zlepšení rovnováhy a chůze (hodnoceno pomocí Dynamic gait index a kvantitativní analýzou chůze).

Chang a spol. (8) popisují ve své studii na dvou mladých pacientech s pohybovým postižením (diagnózy: dětská mozková obrna a svalová atrofie) zvýšení počtu správně provedených pohybů během terapie při použití systému Kinect. 

Berg a spol. (3) se zaměřili na aplikaci Nintenda Wii u dětí s Downovým syndromem v domácím prostředí. Pohybová intervence (4x týdně 20 min., celkem 8 týdnů) poukázala na možnost zlepšení motorických dovedností a posturální kontroly.

Potenciální přínosy aktivních videoher v úpravě hybnosti

Z hlediska využití aktivních videoher v pohybové léčbě považujeme za podstatný princip zpětné vazby. Uživatel sleduje pohyb svého těla na monitoru či TV obrazovce a svým pohybem ovládá průběh hry. Dostává neustálou vizuální (často i akustickou) zpětnou vazbu o poloze a pohybu svého těla (i když dochází k určité míře zkreslení např. akrálních pohybů). K hlavním výhodám patří uživatelská atraktivnost a s tím spojená motivace ke cvičení (7, 2). Pohybová kontrola se stává atraktivní díky interakci s prostředím hry často bez použití přídatných ovladačů. Motivace je zvyšována zábavností her. Vzhledem k rozmanitosti nabídky lze, dle našich zkušeností, nalézt pro většinu uživatelů dostatečně atraktivní a zábavnou hru, která bude motivovat k opakovanému cvičení. Hry jsou obvykle bodově nebo jinak hodnoceny, což vytváří prostor při opakovaném provádění pohybu ke zlepšování výkonu. Může se uplatnit i faktor soutěživosti. Zábavnost aktivních videoher není omezena pouze na nižší a střední věkové kategorie, ale také senioři oceňují a kladně hodnotí své prožitky při používání aktivních videoher (7).

Angažovanost na cvičení může vést ke zvýšení celkové doby cvičení a k provádění pohybu na vyšší úrovni. Zvýšení dávky cvičení díky použití videoher může vést také k větší inherenci k rehabilitaci starších nemocných a může se projevit na schopnosti chůze i aktivit každodenního života. Chang a spol. (8) popisují ve své studii významné zvýšení motivace k rehabilitaci a zájem pacientů pokračovat ve cvičení systémem Kinect i po ukončení intervence.

Výhodou je relativně nízká pořizovací cena a možnost využití v domácím prostředí (16, 7). Z hlediska terapeuta lze ocenit videoherní systém jako užitečný doplňkový terapeutický prostředek, který snižuje pracovní vytížení terapeuta a zvyšuje efektivitu terapie (8). Burridge a Hughes (7) upozorňují také na snížení nákladů na terapii v důsledku redukce potřeby individuálně vedené terapie při vyšší intenzitě cvičení a přenesení větší odpovědnosti za terapii na pacienta.

Clark (9) potvrzuje Wii balanční podložku jako validní prostředek pro hodnocení stability stoje.

Limity a rizika aktivních videoher v úpravě poruch hybnosti

Za limitní považujeme, že tyto technologie neposkytují normální senzorickou a taktilní zpětnou vazbu, která je zásadní z hlediska senzomotorických principů učení. Simulace pohybu také není reálnou aktivitou a tak dochází pouze k napodobování reálného pohybu a určitým nepřesnostem. Možnost zcela korektního provedení pohybu je nad rámec možností těchto systémů.

Nedostatečný terapeutický efekt bude mít nevhodný výběr hry vzhledem k očekávanému cíli terapie, nesprávně prováděný pohyb či využití pohybové strategie, která sice vede k většímu bodovému ohodnocení hry, ale nesměřuje k terapeutickému cíli.

Zdůrazňujeme také důležitost kontroly správnosti prováděného pohybu. Nedostatečná supervize může snižovat výsledný efekt. Kontrola je vhodná nejen při zahájení terapie, ale i v průběhu po několika opakováních. Před vlastní pohybovou intervencí je nezbytné zaškolení z důvodu bezpečnosti i správného provádění pohybů a opětovná kontrola po několika opakováních (1). Mezi nejvážnější rizika patří nebezpečí pádu s následkem úrazu.

Interakce s virtuálním prostředím videohry může vyvolat tzv. motion sickness (pohybovou nevolnost). Mezi příznaky patří dezorientace, posturální nejistota, nauzea, pocení, bolest očí apod. (14). U predisponovaných jedinců je třeba zmínit riziko vytvoření závislosti na hraní (podobně jako u hraní PC her).

Anderson a spol. (2) upozorňují i na další problematické aspekty: hry mohou být příliš obtížné, často jsou zaměřeny jen na hrubou motoriku horní části těla a chybí podpora pro individuální nastavení herních systémů a kvantitativní měření. Autoři navrhují systém Wirtual Wiihab, který umožňuje zaznamenat provádění, měřit výkon a nastavit sluchové, zrakové a hmatové prvky pro poskytnutí maximální zpětné vazby a zvýšení motivace pacienta.

Systém Nintendo Wii

Patří k populárním aktivním videoherním systémům (název Wii je odvozen ze zvukové podoby slova we – my). Jedná se o videoherní konzoli, která je v prodeji od roku 2006. Pro účely pohybové terapie jsou využívány zejména ovládací prvky Wiimote – základní ovladač a Wii balance board – balanční podložka.

Wiimote (neboli Wii Remote) je bezdrátový ovladač (tvarem podobný televiznímu ovladači o velikosti 148x36,2x30,8 mm), s herní konzolí komunikuje pomocí Bluetooth (technologie pro bezdrátový přenos dat na krátkou vzdálenost). Wiimote disponuje akcelerometrem (pohybovým snímačem) snímajícím tři osy pohybu a minikamerou. Minikamera umístěná v přední části Wiimote ovladače společně s přijímací lištou (Senzor Bar) zajišťují zaměření a určení polohy hráče. Přijímací lišta, umístěná pod či nad obrazovkou, obsahuje dvě skupiny infračervených diod, jejichž světlo minikamera snímá. Tímto způsobem je detekována vzdálenost Wiimote od obrazovky a natočení k přijímací liště.

Ovladač Wiimote dokáže přesně reagovat na pohyb ruky uživatele. Univerzálnost ovladače umožňuje jeho použití při simulaci sportů z kolekce her Wii Sports (tenis, golf, baseball, box, bowling) a dalších (Wii Sports Plus) jako tenisové rakety, golfové hole, basebalové pálky a podobně dalšími způsoby. Rozšíření možností ovládacích prvků pro jednotlivé hry je umožněno připojením speciálních nástavců na Wiimote.

Dalším často používaným ovládacím prvkem v balanční terapii je Wii balance board (WBB) – balanční podložka. Je vybavena tlakovými snímači a opět bezdrátově spojena s Wii konzolí. WBB je schopna snímat COP (Centre of Pressure). Hra obsahuje desítky aktivit, jejichž cílem je zapojení se do hry a její řízení na principu přenášení těžiště. Balanční podložka Wii je využívaná např. v balíku her Wii Fit (rozšířená verze Wii Fit Plus), která obsahuje desítky aktivit ve 4 kategoriích: jóga, rovnováha, aerobik, posilování.

V rámci kazuistiky představujeme využití balanční podložky WBB systému Nintendo Wii. Pacient souhlasil s pořízením fotodokumentace a zveřejněním v rámci kazuistiky.

KAZUISTIKA

Muž (rok narození 1991) v roce 2011 utrpěl polytrauma (pád z výšky) se subarachnoidálním krvácením do mozkového kmene, edémem mozku a následně zjištěnou ischemií v povodí arteria cerebri anterior frontálně vlevo. Rozvinula se dekortikační rigidita s kvadruspasticitou. Po opakovaných pobytech v rehabilitačním ústavu došlo k postupné vertikalizaci, nyní je schopen bipedální lokomoce bez pomůcek o širší bázi, potíže má s udržením statické rovnováhy zejména na pravé dolní končetině (PDK), trvale zatěžuje více levou dolní končetinu (LDK). S posturální zátěží narůstá spasticita na horních končetinách (HKK), více vpravo. Cílené manuální úkony pravou horní končetinou jsou doprovázeny třesem. Vizus na pravé polovině omezen pro slepotu pravého oka.

Před první terapií s využitím interaktivních videoher na přístroji Nintendo Wii jsme otestovali schopnost statické rovnováhy testem stoje na jedné dolní končetině a dynamickou rovnováhu (6) testem laterálního dosahu (Lateral reach test). Pacient před terapií nebyl schopen zaujmout pozici stoje na PDK bez opory (obr. 2), na LDK ustál 2 vteřiny s velkými posturálními výchylkami a asociovanými reakcemi HKK a PDK. Lateral reach test doprava byl v průměrné hodnotě ze dvou pokusů 16,5 cm, doleva 33 cm.

Terapie zahrnovala tři videohry zaměřené na nácvik přesunu těžiště v předozadním a laterolaterálním směru. Každá hra byla prováděna celkově do 5 minut, mezi opakováním hry (úrovně hry) se pacient prošel po místnosti k prevenci únavy z dlouhodobé statické pozice. U daného pacienta byly konkrétně zvoleny hry Table tilt (přesuny těžiště do všech směrů – obr. 4), Balance bubble (přední a laterolaterální výchylka – obr. 5) a Penquin slide (laterolaterální výchylky). První pokusy byly doprovázeny úklonem trupu doprava při pokusu o laterální přesun těžiště doprava s asociovanou reakcí na akrech HKK. Opakovanou korekcí stoje manuálně přes pánev a poté slovní instrukcí se podařilo stoj korigovat, zlepšila se reakce akrálně. S každým pokusem se zlepšovala i dosažená úroveň hry, což mělo významný pozitivní dopad na motivaci pacienta a chuť pokračovat ve cvičení.

Po terapii (v délce trvání 25 minut i s časem na odpočinek mezi hrami) byl pacient schopen stoje na PDK po dobu 3 sekund bez opory (obr. 3), na LDK byl čas výdrže 3 sekundy, ale s menšími posturálními výchylkami. V Lateral reach testu došlo k významné změně při dosahu doprava, a to o 14 cm, z původních 16,5 cm na 30,5 cm, dosah doleva byl nezměněn na hodnotě 33 cm. Pacient se těší na další terapii s využitím videoher, která je doplňkovou terapií k terapii na neurofyziologickém podkladu.

ZÁVĚR

Aktivní videohry jsou založeny na snímání pohybu lidského těla, které je zobrazováno v interakci s videohrou. Hry vyžadují pohyb hráče pro zapojení do hry a hráč tím také získává zpětnou vazbu o pohybu těla.

Aktivní videoherní systémy ovládané pohybem těla nejsou náhradou tradiční pohybové léčby, ale mohou být vhodným doplňkem konvenční pohybové terapie u vybraných diagnóz. Existují studie potvrzující v krátkodobém horizontu efekt terapie s použitím aktivních videoher pro některé funkce. Potenciál využití aktivních videoher lze předpokládat zejména v domácí léčbě. Zábavnost a radost ze cvičení vede k vyšší motivaci k pokračování ve cvičení i vyšší intenzitě cvičení. Redukce individuálně vedené terapie, při zachovalé či zvýšené délce a intenzitě cvičení, může vést k nižším nákladům na terapii.

Vzhledem k tomu, že se jedná o relativně novou technologii, jsou nutné další výzkumy, které by potvrdily vhodnost zařazení aktivních videoher do pohybové léčby a určení klinické účinnosti na širším a rozmanitějším vzorku. Doposud chybí studie zabývající se stanovením dlouhodobého efektu využití aktivních videoher.

Článek vznikl za podpory grantu Univerzity Palackého IGA, FTK_2012:014.

Adresa pro korespondenci:

Mgr. Dagmar Dupalová, Ph.D.

Katedra fyzioterapie FTK UP

Tř. Míru 115

771 40  Olomouc

e-mail: dagmar.dupalova@upol.cz