Error Augmentation Motor Learning Training Approach hos slagtilfældepatienter

Genopretning af bevægelse af øvre lemmer efter slagtilfælde er ufuldstændig. Slagtilfælde er en førende årsag til langvarig sansemotorisk funktionsnedsættelse, herunder vedvarende funktionsnedsættelser i øvre lemmer (UL). At forstå, hvordan man forbedrer UL-gendannelse er en stor videnskabelig, klinisk og patientprioritet. På trods af adskillige undersøgelser, der forsøger at identificere de mest effektive rehabiliteringsinterventioner baseret på etablerede principper for motorisk læring og neural plasticitet, forbliver post-slagtilfælde UL-genopretning ufuldstændig. Faktisk, selv med terapi, vedvarer UL sensorimotoriske underskud i en stor del (op til 62%) af de overlevende slagtilfælde i >6 måneder, hvilket fører til en høj socioøkonomisk byrde.

MOTORISK KONTROLFORSTYRELSE: En konsekvens af det underliggende kontrolunderskud efter slagtilfælde er hemiparese, karakteriseret ved en nedsat evne til at rekruttere agonistmuskler, uønsket/uhensigtsmæssig muskelaktivering (dvs. spasticitet, agonist- og antagonistmuskel-samkontraktion), unormal muskelaktiveringstidspunkt, svaghed og ændringer i muskelfiberegenskaber. Dette fører til underskud i evnen til at isolere ledbevægelser og passende kombinere forskellige led for at udføre opgaverelaterede funktioner. Vi har akkumuleret væsentlige beviser, der tyder på, at bevægelsesdefekter og spasticitet er forbundet med et almindeligt kontrolunderskud i specifikationen og reguleringen af ​​spatiatærskler (ST) for strækrefleksen og andre proprioceptive reflekser. ST'er udtrykkes i det rumlige (vinklede) snarere end det tidsmæssige (latens) domæne. ST-regulering er en veletableret mekanisme til kontrol af strækreflekser hos dyr og reflekser og bevægelser hos mennesker.

ST DEFINITION OG HANDLINGSMEKANISMER: Spatial tærskel (ST) er den ledvinkel, hvor musklerne begynder at blive rekrutteret og posturale reflekser og andre reflekser begynder at virke. Ved at skifte ST nulstiller hjernen stillingsstabiliserende mekanismer til en ny lem- eller kropsposition. Disse mekanismer kombineres for at regulere ST'er i multimuskelsystemer i henhold til kropskonfiguration og opgavekrav. Slagtilfælde resulterer i underskud i ST-reguleringen. Skader i centralnervesystemet (CNS), der påvirker nedadgående og spinale mekanismer og iboende fører til begrænsninger i ST-regulering. Som et resultat heraf fremkalder passive eller aktive bevægelser forbi vinkeltærsklen ST (spasticitetsområde), unormal refleksmuskelaktivering. ST er hastighedsafhængig, hvilket reducerer det aktive kontrolområde hos patienter med slagtilfælde og deres evne til at foretage hurtigere bevægelser.

INTERVENTIONS TILGANG: Vores tilgang er designet til at øge det refleksfrie område af albuebevægelser i slagtilfælde. Tilpasning af albuebevægelse til en ny belastning (dvs. evnen til at korrigere fejl) hos patienter med kronisk slagtilfælde blev væsentligt forbedret, når bevægelsen blev foretaget inden for det aktive kontrolområde (hvor spasticitet ikke påvirkede muskelkontraktion) sammenlignet med, når den refleksfrie rækkevidde blev ikke identificeret. Derfor kan potentialet for motorisk læring forbedres ved at overveje rækkevidden af ​​nedsat albuebevægelse i korrekt designede forsøg. For at undgå at fremkalde bevægelser lavet med unormale muskelaktiveringsmønstre og andre kompensationer (dårlig plasticitet), vil træningsprogrammer blive skræddersyet til den enkeltes bevægelseskapacitet og inkorporerer tilgange, der kvantificerer og forstørrer ledområdet lavet med typiske muskelaktiveringsmønstre. I dette forslag vil vi bruge en robot og en ny VR-læringsgrænseflade til at manipulere evnen til at producere kontrolleret bevægelse ved albuen, hvilket er en almindelig funktionsnedsættelse hos mennesker med moderat til svær slagtilfælde. Den foreslåede tilpassede træningstilgang fokuserer på at give specifik feedback for at øge en persons ST-reguleringsområde.

ERROR AUGMENTATION FEEDBACK (EA): Fejlforstærkningsfeedback vil blive brugt til at øge den aktive kontrol ST-zone i albuen. EA bruger iboende fejldrevet læring til at forbedre CNS's evne til at drage fordel af kinematisk redundans og finde meningsfulde motoriske opgaveløsninger. Specifikt får forsøgspersonerne feedback, der forbedrer deres motoriske fejl. Manipulation af fejlsignaler har vist sig at stimulere UL sensomotorisk forbedring hos både raske og slagtilfælde med større indlæringsgevinster, når fejlene er større. EA-feedback vil blive brugt til dynamisk at omdanne det aktive albuekontrolområde. Visuel feedback om albuevinklen vil blive ændret, så det ser ud som om albuen bevæger sig mindre end i virkeligheden. Når selve albuen bevæger sig, opfatter forsøgspersonen således albuen som at have bevæget sig mindre og forsøger at rette fejlen ved at forlænge albuen yderligere. Det aktive kontrolområde vil blive udvidet ved at have forsøgspersoner, der arbejder tæt på eller lige ved grænsen af ​​deres ST-område. Genafbildning af perception/handling-forholdet vil forekomme, når den afferente feedback bliver forbundet med en større albuevinkel. I betragtning af fejlens nøglerolle i motorisk læring, vil kunstig forøgelse af præstationsfejlen via EA øge hver enkelts aktive kontrolområde og få indlæringen til at ske hurtigere.

PÅVIRKNING PÅ REHABILITERING: Resultaterne vil opbygge viden, der kan vejlede klinikere og deres patienter i at identificere den bedste form for træning til UL funktionel restitution - en væsentlig komponent i reintegration i dagligdags aktiviteter. Resultaterne kan også understøtte et paradigmeskift i klinisk praksis, og tilskynde rehabiliteringspraktiserende læger til at overveje personaliserede interventionsmuligheder for at forbedre resultaterne. Øgede terapeutiske muligheder kan også bidrage til personlig pleje, der er skræddersyet til patientens særlige behov og føre til bedre funktionelle resultater.

Mål 1 - Bestem effektiviteten af ​​personlig træning ved hjælp af EA til at udvide rækkevidden af ​​aktiv albuekontrol hos personer efter slagtilfælde. Hypotese 1: Iboende feedback om bevægelsesfejl ved albuen vil føre til dynamisk remapping af kontrolmekanismer på muskelniveau og forbedre rækkevidden af ​​aktive albueledsbevægelser. Hypotese 2: Forsøgspersoner, der praktiserer med EA, vil være i stand til at inkorporere det større albueledsområde i funktionelle rækkebevægelser, hvilket afspejles i bedre kliniske resultater.

Mål 2 - Bestem den patientspecifikke optimale dosis af intensiv træning for at maksimere armmotorisk restitution. Hypotese 3: Øget træningsdosis vil føre til bedre kinematiske og kliniske resultater og bedre motorisk læring.

Mål 3 - Relatere mængden af ​​CST-skader til UL-gendannelse baseret på kinematiske og kliniske mål. Hypotese 4: Større CST-skader vil være korreleret med dårligere motorisk indlæring og kliniske resultater.

To grupper, træningsvarighed,

TRÆNINGSVARIGHED: 54 forsøgspersoner vil udføre ~30 minutter/session med at nå målet med deres berørte arm. For at kontrollere intensiteten vil øvelsen blive udvidet til den tid, der er nødvendig for at fuldføre 138 rækker/session med 6-10 sekunder mellem rækker. Sessioner vil blive udført 3 gange/uge i 9 uger (dvs. 27 sessioner, 810 minutter, 3.726 forsøg) - anses for at være højintensiv træning som anbefalet af Stroke Recovery & Rehabilitation Roundtable. Kinematiske og kliniske mål vil blive foretaget før (PRE), efter 3 (POST3), 6 (POST6) og 9 uger (POST9) og efter en 4 ugers opfølgning (FOLL-UP).

PRØVESTØRRELSE: Den minimale kliniske vigtige forskel (MCID) af det primære resultatmål (ST) blev brugt til at beregne prøvestørrelsen. MCID af ST blev bestemt til at være 18,07° ved anvendelse af en ankerbaseret metode (ændring i FMA> MCID 5,25). I betragtning af et α-niveau på 5 % og en effekt på 95 % (effektstørrelse=1,39) til at detektere forskelle ved brug af en blandet model ANOVA (G*Power 3.1.9.4), er den minimale prøvestørrelse 21/gruppe. Stikprøvestørrelsen blev øget til 27 pr. gruppe i betragtning af en frafaldsrate på 25 % i betragtning af behovet for at deltage i flere trænings-/evalueringssessioner for en endelig kohorte på 54 forsøgspersoner.

STATISTISK ANALYSE: Vi vil relatere ændringer i motorisk adfærd til initial klinisk status (PRE) og til post-treatment ændringer (POST) på 3 tidspunkter (POST1, POST2, POST3) og ved opfølgning (FOLL-UP). Statistiske tilgange er baseret på intention-to-treat-analyse. Beskrivende/distributionsanalyse vil fremhæve de vigtigste demografiske og kliniske karakteristika og kontrol for forskelle i de prognostiske baseline-indikatorer mellem grupper. For Obj. 1-3, vil vi bruge en gentagne måls blandet model ANOVA for primære og sekundære resultater, hvor modellen inkluderer en mellem-subjekt faktor - gruppe med 2 niveauer (EA, ingen EA) og en inden-subjekt faktor - tid (5 niveauer) under anvendelse af normaliserede ændringsscores (dvs. POST-PRE/PRE; FOLL-UP-PRE/PRE). Vi vil betragte ændringer i de primære og sekundære resultater som væsentlige, hvis deres 95 % konfidensintervaller (CI) overstiger MCID'er for hvert mål. For at kontrollere for %CST-skade som en potentiel forvirrende faktor, vil vi køre en parallel ANCOVA ved at bruge %CST som en kovariat. Dette vil øge den statistiske styrke og justere for baseline gruppeforskelle ved at estimere en upartisk forskel på primære resultater. Dette studiedesign er blevet brugt i vores tidligere RCT. For det aktive armarbejdsområde vil signifikansen blive angivet ved en >10 % ændring af PRE-testområdet, baseret på en stigning af TSRT på mindst 18°. For albuernes bevægelsesområde vil en væsentlig ændring være 15 % af prætestområdet. For sekundære resultater vil MCID-værdier blive brugt, når de er kendt. For mål, for hvilke MCID'er ikke er kendt, vil vi overveje en minimalt signifikant ændring som >15% af prætestværdien. Multipel lineær regressionsanalyse på poolede data vil identificere relationer mellem forsøgspersoner med forskellige niveauer af initial klinisk svækkelse (%CST-skade) og primære og sekundære resultatmål. Alle analyser vil betragte sex som en forvirrende faktor. Mens mænd har en højere aldersjusteret forekomst af slagtilfælde, oplever kvinder mere alvorlige slagtilfælde og har højere korttidsdødelighed. Bedre forståelse af køns indflydelse på terapeutiske interventioner kan føre til forbedret behandling af slagtilfælde. For alle modeller vil restplot blive undersøgt for at verificere linearitet, normalitet og homoskedasticitet. Co-linearitet vil blive vurderet ud fra tolerance, variation af inflation og egenværdier. Partiel korrelation og standardiserede (beta) koefficienter vil blive undersøgt for at påvise, hvilke forklaringsvariable der har en større effekt på den afhængige variabel i de multiple regressionsmodeller. For hvert resultat vil variabiliteten blive estimeret baseret på 95 % CI'er. Manglende data vil blive kontrolleret for ikke-tilfældige mønstre.

FORSØGSLEDELSE: Den daglige forsøgsledelse vil være styregruppens ansvar (Levin, Archambault, Piscitelli). Randomisering vil blive udført af Levin. Prøvekoordinering og datahåndtering vil blive udført af Piscitelli. Holdet har supplerende ekspertise, der er direkte relevant for forslaget og omfattende erfaring med at udføre slagtilfældeforskning. En tidligere patient (GG), der har deltaget i vores tidligere undersøgelser, vil hjælpe med at vurdere gennemførligheden og acceptablen af ​​teknologien og protokollen, herunder kliniske og kinematiske tests. Piscitelli vil koordinere forsøget, hjælpe med at vejlede elever og tage sig af den daglige ledelse. Prevost (Clinical Research Coordinator) vil rekruttere og vurdere patienter fra 3 centre inden for CRIR. Levin og Wien har ekspertise i billeddannelse og Feldman i motorisk kontrol. Wein er slagtilfælde-neurolog ved MNI, hvor han har udført flere RCT'er. Trivino (fysioterapeut) har deltaget i flere kliniske forskningsprojekter på JRH ved hjælp af teknologistøttet genoptræning hos patienter med slagtilfælde. Berman (rehabiliteringsingeniør) designede robot-/VR-interventionen og gennemførte de indledende forundersøgelser med Levin. Vi vil formidle resultaterne til apopleksihold på CRIR-tilknyttede hospitaler gennem præsentationer og diskutere problemer med UL-måling og -styring. Diagnostiske billeddiagnostiske værktøjer og viden om motorisk kontrol vil blive delt med forskere, klinikere og patienter. Muligheden for at inkorporere den udviklede teknologi i kliniske omgivelser vil blive evalueret med klinikerne Trivino og Wein og patienten GG.