Augmentace chyb Tréninkový přístup k motorickému učení u pacientů s mrtvicí

Obnova pohybu horní končetiny po cévní mozkové příhodě není úplná. Cévní mozková příhoda je hlavní příčinou dlouhodobého senzomotorického postižení včetně přetrvávajících deficitů funkce horních končetin (UL). Pochopení toho, jak zlepšit zotavení UL, je hlavní vědeckou, klinickou a pacientskou prioritou. Navzdory četným studiím, které se pokoušely identifikovat nejúčinnější rehabilitační intervence založené na zavedených principech motorického učení a neurální plasticity, zůstává zotavení UL po mozkové příhodě neúplné. I při terapii přetrvávají senzomotorické deficity UL u velké části (až 62 %) pacientů po cévní mozkové příhodě po dobu > 6 měsíců, což vede k vysoké socioekonomické zátěži.

PORUCHY OVLÁDÁNÍ MOTORY: Důsledkem základního kontrolního deficitu po cévní mozkové příhodě je hemiparéza, charakterizovaná sníženou schopností přijímat agonistické svaly, nežádoucí/nevhodná svalová aktivace (tj. spasticita, současná kontrakce svalů agonisty a antagonisty), abnormální časování svalové aktivace, slabost a změny vlastností svalových vláken. To vede k nedostatkům ve schopnosti izolovat pohyb kloubů a vhodně kombinovat různé klouby k plnění funkcí souvisejících s úkoly. Shromáždili jsme podstatné důkazy, které naznačují, že pohybové deficity a spasticita jsou spojeny se společným kontrolním deficitem ve specifikaci a regulaci spatia prahů (ST) strečinkového reflexu a dalších proprioceptivních reflexů. ST jsou vyjádřeny v prostorové (úhlové) spíše než časové (latenční) doméně. Regulace ST je dobře zavedený mechanismus kontroly reflexů napínání u zvířat a reflexů a pohybů u lidí.

ST DEFINICE A MECHANISMY AKCE: Prostorový práh (ST) je kloubní úhel, při kterém se začínají nabírat svaly a začínají působit posturální reflexy a další reflexy. Posunem ST mozek resetuje mechanismy stabilizující držení těla do nové polohy končetiny nebo těla. Tyto mechanismy se kombinují k regulaci ST ve vícesvalových systémech podle tělesné konfigurace a požadavků na úkoly. Cévní mozková příhoda má za následek deficity regulace ST. Poranění centrálního nervového systému (CNS) ovlivňující sestupné a míšní mechanismy a vnitřní vedou k omezením regulace ST. V důsledku toho pasivní nebo aktivní pohyby za úhlovým prahem, ST (rozsah spasticity), vyvolávají abnormální reflexní aktivaci svalů. ST je závislý na rychlosti a snižuje aktivní kontrolní rozsah u pacientů s cévní mozkovou příhodou a jejich schopnost provádět rychlejší pohyby.

ZÁSAHOVÝ PŘÍSTUP: Náš přístup je navržen tak, aby zvýšil rozsah pohybu loktem bez reflexu při úderu. Adaptace pohybu loktem na novou zátěž (tj. schopnost korigovat chyby) u pacientů s chronickou cévní mozkovou příhodou se podstatně zlepšila, když byl pohyb proveden v rozsahu aktivní kontroly (kde spasticita neovlivnila svalovou kontrakci) ve srovnání s bezreflexní rozsah nebyl identifikován. Potenciál pro motorické učení lze tedy zlepšit zvážením rozsahu zhoršených pohybů loktů ve správně navržených studiích. Aby se předešlo vyvolání pohybů prováděných abnormálními svalovými aktivačními vzory a jinými kompenzacemi (špatná plasticita), budou tréninkové programy přizpůsobeny pohybové kapacitě jednotlivce a budou zahrnovat přístupy, které kvantifikují a zvětší kloubní rozsah vytvořený s typickými vzory svalové aktivace. V tomto návrhu použijeme robota a nové rozhraní pro učení VR k manipulaci se schopností produkovat kontrolovaný pohyb v lokti, což je běžné poškození u lidí se středně těžkou až těžkou mrtvicí. Navrhovaný přístup k individuálnímu školení se zaměřuje na poskytování konkrétní zpětné vazby pro zvýšení rozsahu regulace ST u jednotlivce.

ZPĚTNÁ VAZBA ZVÝŠENÍ CHYB (EA): Zpětná vazba augmentace chyby bude použita ke zvýšení aktivní kontrolní zóny ST lokte. EA používá učení řízené vnitřní chybou ke zlepšení schopnosti CNS využívat kinematickou redundanci a nacházet smysluplná řešení motorických úloh. Konkrétně se subjektům poskytuje zpětná vazba, která zvyšuje jejich motorické chyby. Ukázalo se, že manipulace s chybovými signály stimuluje UL senzomotorické zlepšení jak u zdravých jedinců, tak u pacientů s mrtvicí, přičemž větší zisky z učení se objevují, když jsou chyby větší. Zpětná vazba EA bude použita k dynamickému přemapování aktivního rozsahu ovládání lokte. Vizuální zpětná vazba o úhlu lokte bude upravena tak, aby se zdálo, že se loket pohybuje méně než ve skutečnosti. Když se tedy skutečný loket pohne, subjekt vnímá loket, jako by se pohyboval méně, a pokusí se chybu napravit dalším protažením lokte. Rozsah aktivního ovládání se rozšíří tím, že subjekty pracují blízko nebo těsně na hranici jejich rozsahu ST. Přemapování vztahu vnímání/akce nastane, když se aferentní zpětná vazba spojí s větším úhlem lokte. Vzhledem ke klíčové roli chyb v motorickém učení, umělé zvýšení výkonové chyby prostřednictvím EA zvýší aktivní rozsah řízení každého jednotlivce a způsobí, že učení proběhne rychleji.

DOPAD NA REHABILITACI: Výsledky vybudují znalosti, které mohou klinické lékaře a jejich pacienty vést při identifikaci nejlepšího typu tréninku pro funkční zotavení UL – základní součást reintegrace do každodenních aktivit. Zjištění mohou také podpořit změnu paradigmatu v klinické praxi a povzbudit rehabilitační lékaře, aby zvážili možnosti personalizované intervence pro zlepšení výsledků. Zvyšující se terapeutické možnosti mohou také přispět k personalizované péči, která je přizpůsobena konkrétním potřebám pacienta a vede k lepším funkčním výsledkům.

Cíl 1 – Zjistit efektivitu personalizovaného cvičení pomocí EA pro rozšíření rozsahu aktivní kontroly loktů u subjektů po mrtvici. Hypotéza 1: Vnitřní zpětná vazba o chybě pohybu v lokti povede k dynamickému přemapování kontrolních mechanismů na úrovni svalů a zlepší rozsah aktivního pohybu loketního kloubu. Hypotéza 2: Subjekty cvičící s EA budou schopny začlenit větší rozsah loketního kloubu do funkčních dosahových pohybů, což se odráží v lepších klinických výsledcích.

Cíl 2 – Stanovit pro pacienta specifickou optimální dávku intenzivního cvičení, aby se maximalizovala regenerace motoriky paží. Hypotéza 3: Zvýšená tréninková dávka povede k lepším kinematickým a klinickým výsledkům a lepšímu motorickému učení.

Cíl 3 – Vztahovat množství poškození CST k zotavení UL na základě kinematických a klinických měření. Hypotéza 4: Větší poškození CST bude korelovat s horším motorickým učením a klinickými výsledky.

Dvě skupiny, délka tréninku,

TRVÁNÍ TRÉNINKU: 54 subjektů provede ~30 minut/sezení dosahování cíle svou postiženou paží. Pro kontrolu intenzity bude cvičení prodlouženo na dobu potřebnou k dokončení 138 zásahů/sezení s 6-10 s mezi zásahy. Cvičení se budou konat 3krát týdně po dobu 9 týdnů (tj. 27 sezení, 810 minut, 3 726 pokusů) – považováno za cvičení s vysokou intenzitou, jak doporučuje kulatý stůl pro zotavení a rehabilitaci po mrtvici. Kinematická a klinická měření budou provedena před (PRE), po 3 (POST3), 6 (POST6) a 9 týdnech (POST9) a po 4 týdnech sledování (FOLL-UP).

VELIKOST VZORKU: K výpočtu velikosti vzorku byl použit minimální klinicky důležitý rozdíl (MCID) měření primárního výsledku (ST). MCID ST bylo určeno jako 18,07° pomocí metody založené na kotvě (změna FMA> MCID 5,25). Vezmeme-li v úvahu hladinu α 5 % a mocninu 95 % (velikost efektu=1,39) pro detekci rozdílů pomocí smíšeného modelu ANOVA (G*Power 3.1.9.4), je minimální velikost vzorku 21/skupinu. Velikost vzorku byla zvýšena na 27 na skupinu s ohledem na 25% míru předčasných odchodů vzhledem k nutnosti absolvovat několik školení/hodnotící lekce pro poslední kohortu 54 subjektů.

STATISTICKÁ ANALÝZA: Vztáhneme změny v motorickém chování k počátečnímu klinickému stavu (PRE) a změnám po léčbě (POST) ve 3 časových bodech (POST1, POST2, POST3) a při sledování (FOLL-UP). Statistické přístupy jsou založeny na analýze záměrné léčby. Popisná/distribuční analýza zdůrazní hlavní demografické a klinické charakteristiky a kontrolu rozdílů ve výchozích prognostických ukazatelích mezi skupinami. Pro Obj. 1-3, použijeme smíšený model ANOVA s opakovanými měřeními pro primární a sekundární výsledky, kde model zahrnuje jeden mezisubjektový faktor - skupina se 2 úrovněmi (EA, bez EA) a jeden vnitrosubjektový faktor - čas (5 úrovní) za použití normalizovaných skóre změn (tj. POST-PRE/PRE; FOLL-UP-PRE/PRE). Změny v primárních a sekundárních výsledcích budeme považovat za významné, pokud jejich 95% intervaly spolehlivosti (CI) překročí MCID pro každé měření. Pro kontrolu poškození %CST jako potenciálního matoucího faktoru spustíme paralelní ANCOVA s použitím %CST jako kovariátu. To zvýší statistickou sílu a přizpůsobí se základním skupinovým rozdílům odhadujícím nezkreslený rozdíl v primárních výsledcích. Tento design studie byl použit v naší předchozí RCT. Pro pracovní prostor aktivní paže bude významnost indikována >10% změnou oblasti PRE-test na základě zvýšení TSRT alespoň o 18°. Pro rozsah pohybu loktem bude významná změna 15 % rozsahu před testem. Pro sekundární výsledky se použijí hodnoty MCID, pokud jsou známy. U měření, u kterých nejsou známy MCID, budeme považovat za minimálně významnou změnu >15 % hodnoty před testem. Vícenásobná lineární regresní analýza na shromážděných datech bude identifikovat vztahy mezi subjekty s různými úrovněmi počátečního klinického poškození (% CST poškození) a primárními a sekundárními výslednými mírami. Všechny analýzy budou považovat sex za matoucí faktor. Zatímco u mužů je výskyt cévních mozkových příhod v závislosti na věku vyšší, ženy prožívají závažnější mozkové příhody a mají vyšší krátkodobou úmrtnost. Lepší pochopení vlivu sexu na terapeutické intervence může vést ke zlepšení léčby mrtvice. U všech modelů budou zkoumány reziduální grafy pro ověření linearity, normality a homoskedasticity. Kolinearita bude posuzována na základě tolerance, variace inflace a vlastních hodnot. Budou zkoumány parciální korelace a standardizované (beta) koeficienty, aby se prokázalo, které vysvětlující proměnné mají větší vliv na závisle proměnnou ve vícenásobných regresních modelech. Pro každý výsledek bude variabilita odhadnuta na základě 95% CI. Chybějící data budou zkontrolována na nenáhodné vzory.

ŘÍZENÍ ZKUŠEBNÍCH zkoušek: Vedení denních zkoušek bude v kompetenci řídícího výboru (Levin, Archambault, Piscitelli). Randomizaci provede Levin. Koordinaci zkoušek a zpracování dat bude provádět Piscitelli. Tým má doplňkové odborné znalosti přímo související s návrhem a rozsáhlé zkušenosti s prováděním výzkumu mrtvice. Bývalý pacient (GG), který se účastnil našich předchozích studií, pomůže posoudit proveditelnost a přijatelnost technologie a protokolu, včetně klinických a kinematických testů. Piscitelli bude koordinovat proces, pomůže dohlížet na studenty a postará se o každodenní řízení. Prevost (koordinátor klinického výzkumu) bude přijímat a hodnotit pacienty ze 3 center v rámci CRIR. Levin a Wien mají odborné znalosti v oblasti zobrazování a Feldman v oblasti řízení motorů. Wein je neurolog mrtvice na MNI, kde provedl několik RCT. Trivino (fyzioterapeut) se podílel na několika klinických výzkumných projektech na JRH využívajících technologicky podporovanou rehabilitaci u pacientů s cévní mozkovou příhodou. Berman (rehabilitační inženýr) navrhl robotický/VR zásah a provedl počáteční studie proveditelnosti s Levinem. Budeme šířit poznatky iktovým týmům v nemocnicích přidružených k CRIR prostřednictvím prezentací v provozu a diskutovat o problémech měření a řízení UL. Diagnostické zobrazovací nástroje a znalosti řízení motoru budou sdíleny s výzkumníky, lékaři a pacienty. Schopnost začlenění vyvinuté technologie do klinického prostředí bude posouzena s lékaři Trivinem a Weinem a pacientem GG.