Gentagen transkraniel magnetisk stimulering (rTMS) for at fremme håndgendannelse i slagtilfælde (rTMS)

Den foreslåede forskning trænger ind i problemet med hemiparese efter slagtilfælde. Dette problem ødelægger livskvaliteten hos tusindvis af mennesker hvert år. Hjernen viser en bemærkelsesværdig evne til at reorganisere sig under visse forhold, herunder efter slagtilfælde. Desværre er nogle ændringer maladaptive og efterlader individet med yderligere tab af funktion ud over det, der er forårsaget direkte af den iskæmiske skade. Specifikt kan motorneuroner i den ipsilesionale (slagtilfælde) hemisfære, der har overlevet slagtilfældet, gennemgå et tab af excitabilitet på grund af overdreven interhemisfærisk hæmning pålagt dem fra neuroner i den kontralesionale (ikke-slagtilfælde) halvkugle gennem transcallosale veje. Heldigvis er den maladaptive reorganisering reversibel, selv ved kronisk slagtilfælde, gennem tvangsbrug og tvangslæringsparadigmer med det paretiske lem. Men vi postulerer, at effektiviteten af ​​adfærdstræning kan blive rigt forbedret, når den kombineres med elektrofysiologisk intervention, der også påvirker neural excitabilitet. Gentagen transkraniel magnetisk stimulation (rTMS) er en potent og ikke-invasiv måde at påvirke hjernens excitabilitet på. rTMS, ved lave stimulationsfrekvenser, sænker neural funktion. Ved at stimulere den kontralesionale motoriske cortex ved lav frekvens og derved undertrykke interhemisfærisk inhibering, induceres en netto excitatorisk effekt (disinhibering) på den ipsilesionale motoriske cortex. Desuden er det blevet vist hos dyr og hos raske mennesker, at den depressive effekt på den stimulerede halvkugle kan forstørres ved at forud for lavfrekvent rTMS med 6-hz "priming" rTMS. Vi vil kalde dette arrangement 6-Hz primet lavfrekvent rTMS. Vi hævder, at man ved at kombinere 6-Hz-primet lavfrekvent rTMS med adfærdsmæssig motorisk læringstræning kan opnå hidtil usete forbedringer i restitution fra hemiparese. Vi har for nylig demonstreret sikkerheden ved en enkelt behandling af 6-Hz primet lavfrekvent rTMS i slagtilfælde, men der er stadig et stort hul i viden ved ikke at kende effekten af ​​serielle behandlinger af 6-Hz primet lavfrekvent rTMS kombineret med motorisk læring uddannelse. Undladelse af at løse dette hul fortsætter kun brugen af ​​konservative strategier i slagtilfælde-rehabilitering, som kan fratage individer deres størst mulige bedring.

Vores langsigtede mål er at maksimere motorisk restitution efter slagtilfælde. Formålet med dette forslag er at integrere excitabilitetseffekterne induceret eksogent af rTMS med dem, der produceres endogent ved motorisk læring for at producere en kraftig, men sikker interaktiv effekt, der fører til forbedret restitution fra hemiparese. Den centrale hypotese er, at serielle behandlinger af 6-Hz primet lavfrekvent rTMS kombineret med motorisk læringstræning vil være effektive og sikre. Vores forskerhold er unikt kvalificeret til at udføre dette projekt på grund af 1) specialtræning i rTMS udført af PI i laboratoriet hos en international leder i rTMS, 2) deltagelse af denne leder som konsulent, 3) deltagelse af en neurovidenskabsmand med ekspertise i slagtilfælde neuroplasticitet som konsulent, 4) deltagelse af en anerkendt ekspert i cerebrovaskulær sygdom som co-investigator, 5) gennemførelse af undersøgelsen i University of Minnesota's General Clinical Research Center for at maksimere beskyttelsen af ​​patienter, og 6) inklusion af centret for Magnetic Resonance Research for at studere hjernens reorganisering.

De specifikke mål med dette projekt er at:

Specifikt mål #1. Bestem effektiviteten af ​​at bruge serielle behandlinger af 6-Hz primet lavfrekvent rTMS, isoleret og i kombination med motorisk læringstræning, for at forbedre håndfunktionen ved slagtilfælde.

Fyrre forsøgspersoner med slagtilfælde (med delvis bevægelse i svag hånd, i stand til at gå 100 fod, i stand til at følge anvisninger, ingen historie med anfald, ingen medicinsk udstyr eller metal uforeneligt med mri) vil blive tilfældigt tildelt i lige mange til en af ​​fire behandlingsgrupper : rTMSonly-gruppen vil modtage 5 behandlinger af rTMS til det primære motoriske område (M1) af den kontralæsionelle hemisfære bestående af 10 min. af 6-Hz ("priming") rTMS ved 90 % af hvilende motortærskel afbrudt i 20 tog af 5-sek. varighed med 25-sek. intervaller mellem tog, derefter efterfulgt umiddelbart af 10 yderligere min. på 1-Hz ("lavfrekvent") rTMS kontinuerligt ved 90 % af hvilemotorens tærskel. Behandlinger vil være hver anden dag over to uger. Trackonly-gruppen vil modtage 5 behandlinger med computerstyret fingersporingstræning hver anden dag i to uger. Den rTMS-kombinerede gruppe vil modtage den samme rTMS som rTMSonly-gruppen, og den vil blive vekslet med den samme sporingstræning som Trackonly-gruppen, indtil 5 dage af hver har fundet sted over en to-ugers periode. rTMSsham-gruppen vil modtage de samme rTMS-procedurer, inklusive lignende lyd, men der vil ikke forekomme magnetisk stimulering. De fire behandlinger har et 2x2 faktorielt design, med rTMS og sporing som faktorerne, hvilket tillader estimering af eventuelle synergistiske effekter af rTMS kombineret med sporing. Adfærdsmæssige gevinster i den paretiske hånd vil blive målt med fingerforståelse/behændighedstest, fingersporingsnøjagtighed, forsøgspersoners selvvurderinger og eksaminatorvurderinger. Arbejdshypoteserne er:

1. den rTMS-kombinerede gruppe vil vise større forbedringer i paretisk håndfunktion end rTMSonly- og Trackonly-grupperne ved posttest og ved en måneds opfølgning, og
2. rTMSonly- og Trackonly-grupperne vil vise større forbedringer end rTMSsham-gruppen.

Specifikt mål #2. Udforsk den neurale mekanisme forbundet med 6-Hz primet lavfrekvent rTMS kombineret med sporingstræning.

Efter behandlingerne beskrevet i mål #1, vil M1 excitabilitet blive målt med parret puls TMS-test i den ipsilesionale hemisfære. Denne test vil give mulighed for undersøgelse af både kortikal hæmning og excitation. Derudover vil hjernereorganisering forbundet med frivillig aktivering blive målt med funktionel MR, der giver data om volumen og signalintensitet af aktive voxels under paretisk fingersporing. Arbejdshypoteserne er:

1. den rTMS-kombinerede gruppe vil vise større stigninger i kortikal excitabilitet og hjernereorganisering i den ipsilesionale halvkugle end rTMSonly- og Trackonly-grupperne ved posttest og ved en måneds opfølgning,
2. grupperne rTMSonly og Trackonly vil vise større stigninger end rTMSsham-gruppen.

Specifikt mål #3. Bestem sikkerheden ved serielle 6-Hz-primede lavfrekvente rTMS-behandlinger ved slagtilfælde.

I forbindelse med de behandlinger, der er beskrevet i mål #1, vil bivirkninger blive målt gennem observation for anfald på behandlingstidspunktet. Neurokognitive tests vil måle humør, verbal forståelse, perceptuel organisering, arbejdshukommelse og bearbejdningshastighed. En fingersporingstest vil også måle motorisk kontrol i den ikke-paretiske hånd. Arbejdshypotesen er:

1. fem 6-Hz primede lavfrekvente rTMS-behandlinger, givet alene eller i kombination med motorisk læringstræning, vil ikke frembringe nogen anfaldsaktivitet eller nogen anden alvorlig negativ virkning.