Operační kondicionování pro neuromodulaci

Účelem této studie je prozkoumat neuromodulaci jako nový přístup ke zlepšení rehabilitace u lidí, kteří mají poruchu pohybu horních končetin po neurologickém poranění, jako je mrtvice nebo poranění míchy. Objevující se důkazy ukazují, že zvířata a lidé mohou mít kontrolu nad úrovní vzrušivosti v nervových drahách, které přispívají k pohybu. Tento objev má důležité důsledky, protože představuje novou strategii ke zlepšení motorické kontroly u lidí všech úrovní schopností, včetně těch s neurologickými onemocněními. Operační podmiňování je dobře prostudovaný mechanismus učení, ve kterém může být změna chování způsobena důsledkem chování. Chování, které je odměněno pozitivním posílením, se zobrazuje častěji. V posledních letech bylo operantní podmiňování aplikováno na míšní reflexní reakce u myší, krys, opic a lidí. Důkazy naznačují, že je možné zvýšit nebo snížit excitabilitu nervového okruhu elektrickou stimulací nervu nebo oblasti mozku, poté zaznamenáváním svalové reakce a odměňování reakcí, které jsou v požadovaném rozsahu. To může změnit úroveň klidového svalového tonusu a také podíl svalu na záměrné pohyby a jeho připravenost reagovat na neočekávané poruchy. K dnešnímu dni pouze jedna výzkumná skupina aplikovala operantní podmiňování ke zlepšení motorického výkonu u lidí. Jejich práce se zaměřila na úpravu míšních reflexů pro sval dolní končetiny a vliv na chůzi. V navrhovaném projektu rozšíříme využití operantního podmiňování na svaly horní končetiny a na osoby s pohybovým postižením po cévní mozkové příhodě a poranění míchy a na další nervovou dráhu kromě míšního reflexu.

Tato studie bude zahrnovat postupy nezbytné pro měření excitability nervového systému na úrovni míchy a na úrovni mozku. Excitabilita míšního reflexu bude kvantifikována elektrickou stimulací periferního nervu a zaznamenáním svalové odpovědi (tj. H-reflexu) pomocí elektromyografie. Excitabilita motorické dráhy z mozku do svalu (kortikospinální trakt) bude kvantifikována stimulací specifické oblasti mozku (motorické kůry) transkraniální magnetickou stimulací a zaznamenáním svalové reakce (tj. Motor evokoval potenciál) s elektromyografií. Kromě toho bude zhoršení hybnosti horní končetiny hodnoceno měřením svalového tonusu, pocitu, schopnosti generovat sílu a výkonu na počítači založeném na úloze řízení motoru zápěstí. U subjektů s neurologickým onemocněním bude funkce horních končetin hodnocena pomocí standardizovaných testů, včetně Fugl-Meyerova testu horní končetiny, testu Action Research Arm a testu Box and Blocks. Tato studie bude testovat účinnost operantního podmiňování jako zásahu k modifikaci nervové excitability. Po základním testování se subjekty zúčastní až 12 sezení falešné intervence následovaných až 24 sezeními skutečné operativní kondicionační intervence. Každé sezení bude zahrnovat 225 pokusů (3 sady po 75), trvajících asi 30 minut. Pro každý pokus během skutečného zásahu bude vydán stimul, zatímco subjekt udržuje nízkou úroveň svalové kontrakce, bude zaznamenána reakce svalu na stimulaci a okamžitá zpětná vazba se zobrazí na obrazovce počítače, která subjektu ukáže, zda byla jeho svalová reakce v požadovaném rozsahu nebo ne. Například, pokud byla svalová odezva „dobrá“, objeví se zelený pruh, jinak se objeví červený pruh. Po každém pokusu se také zobrazí a aktualizuje „procento úspěchu“ subjektu. Během falešné intervence budou všechny procedury totožné, kromě toho, že subjektu nebude poskytnuta žádná zpětná vazba a nebudou zde žádné instrukce, jak zvýšit nebo snížit jejich svalové reakce.

U zdravých lidí se zaměříme na posunutí míšní reflexní dráždivosti (H-reflexy) svalu horní končetiny buď nahoru nebo dolů, přičemž rozšíříme předchozí zjištění ukazující tyto účinky ve svalu dolní končetiny bez vlivu na normální pohybovou schopnost (Thompson et al., 2009, Makihara et al., 2014). Také u zdravých lidí se zaměříme na posun dráždivosti dráhy z mozku do svalu buď nahoru nebo dolů, pomocí operantního podmiňování motorických evokovaných potenciálů. Pouze jedna předchozí studie (Majid et al., 2015) prokázala posun směrem dolů a v současné době probíhají první studie zkoumající schopnost zvýšit motorické evokované potenciály. Lidé s neurologickým onemocněním mají často abnormálně zvýšenou excitabilitu míšního reflexu postihující určité svaly, což má za následek zvýšený tonus, ztuhlost a potíže s pohybem. Proto se zaměříme na snížení dráždivosti míšního reflexu u nadměrně aktivních svalů vyvoláním H-reflexů a odměňováním odpovědí, které jsou pod prahem. Kromě toho mají lidé s neurologickým onemocněním často narušené spojení mezi mozkem a svalem, což má za následek slabost (snížená schopnost generovat sílu). Proto se zaměříme na zvýšení dráždivosti dráhy z mozku do svalu vyvoláním motoricky evokovaných potenciálů a odměňováním odpovědí, které jsou nad prahem.