Hjerne- og adfærdskorrelater af armrehabilitering (BCAR)

FORMÅL MED UNDERSØGELSEN OG BAGGRUND

1. Specifikke mål og formål med undersøgelsen: Overordnet set er dette forslag at bruge tredimensionel bevægelsesanalyse og magnetisk resonans (fMRI) neuroimaging teknikker til at undersøge hjerneaktivitet og motoriske adfærdsændringer forbundet med begrænsningsinduceret (CI) terapi for patienter med subakut slagtilfælde. Dette projekt er en ledsagerundersøgelse til det nyligt finansierede multicenter randomiserede kliniske forsøg (HD37606-01), Extremity Constraint-Induced Therapy Evaluation (EXCITE). Dette projekt supplerer EXCITE ved at undersøge de mekanismer, der ligger til grund for den kliniske intervention i slagtilfælde-rehabilitering. Men da tilmeldingen til EXCITE er afsluttet, vil vi tilmelde et nyt sæt deltagere.

A. SPECIFIKKE MÅL:

1. Bestem forholdet mellem læsionsstørrelse og placering som vurderet ved hjælp af 3-D volumetrisk MRI og funktionelt resultat (dvs. motorisk kontrol og funktionel brug) som en konsekvens af CI-terapi.
2. Bestem virkningerne af CI-terapi på kontrollen af ​​nå- og gribehandlinger som vurderet ved hjælp af adfærdskinematik.
3. Bestem effekterne af CI-terapi på det neurale substrat (sensorimotorisk netværk) som vurderet ved hjælp af fMRI under målrettede sigte- og gribeopgaver (udført som aktiveringsopgaver i scanneren).
4. Bestem persistensen og/eller stabiliteten af ​​disse ændringer i motorisk kontrol, neuralt substrat og funktionel brug af overekstremiteten ved slagtilfælde med CI-behandling 6 måneder senere.

A.1: Specifikke arbejdshypoteser for hvert mål er:

For specifikt formål # 1, hypotese 1: Der vil være en forudsigelig sammenhæng mellem læsionsplacering, størrelse og funktionelt resultat fra CI-terapi. Dem med specifikke sensorimotoriske cortex (MI, SI) læsioner vil vise en dårligere respons end dem med læsioner begrænset til de subkortikale regioner (f.eks. posterior lem af indre kapsel, subcortical hvid substans eller basis pontis, paramedian pontine områder) kontrolleret for læsionsstørrelse . En arbejdsantagelse, der ligger til grund for denne hypotese, er, at der vil være en differentiel effekt af CI-terapi med læsioner i subkortikale versus kortikale sensorimotoriske områder. Hypotese 2: Forskellene mellem grupper (behandlet vs ubehandlet) vil være større hos dem med subkortikale læsioner end hos dem med kortikale sensorimotoriske områdelæsioner, kontrolleret for læsionsstørrelse, på tidspunktet efter test/intervention.

For specifikt mål nr. 2, hypotese 1: CI-terapi vil gavne kontrollen af ​​rækkevidde- og gribehandlinger gennem ændringer i (arm)transportvarighed, timing af spidsåbning, spidstransporthastighed og glathed af både rækkevidde- og grebskomponenten til greb objekter af forskellig størrelse og når forskellige afstande. Hypotese #2 er, at ændringen i den motoriske kontrol af nå- og gribehandlinger fra baseline til post-test/interventionstidspunkt vil være større hos den behandlede sammenlignet med den ubehandlede gruppe. Hypotese #3 er, at disse ændringer i motorisk kontrol vil være korreleret med ændringer i den virkelige verden brug af overekstremiteten som indekseret af Motor Activity Log (MAL) og Wolf Motor Function Test (WMFT).

For specifikt mål #3, hypotese 1: CI-terapi vil resultere i et fald i ipsilateral hemisfæreaktivering og en udvidet udstrækning og/eller øget intensitet af specifikke områder af interesse (ROI'er) i det kontralaterale (påvirkede) sensorimotoriske netværk med CI-terapi. Specifikt, og da det vedrører planlægningen af ​​mere komplekse håndhandlinger (dvs. præcisionsgreb), omfatter specifikke ROI'er, der vil vise ændringer i intensitet og/eller omfang primær motorisk cortex (MI), primær sensorisk cortex (S1), supplerende motorisk område (SMA) og præmotorisk område (PM). Hypotese #2 er, at ændringen i ROI-aktivering fra baseline til post-test/interventionstidspunkt vil være større hos den behandlede sammenlignet med den ubehandlede gruppe. Hypotese 3: Tilstedeværelsen af ​​en udvidet udstrækning og/eller mere intens aktivering i disse kontralaterale hemisfære ROI'er vil være korreleret med ændringer i den virkelige verden brug af den øvre ekstremitet som indekseret af MAL og WMFT.

For specifikt mål nr. 4, hypotese 1: Vedvarenhed af disse ændringer i rækkevidde-til-greb motorkontrol (adfærdskinematik), udvidet omfang/intensitet af sansemotoriske netværk ROI'er (fMRI) og funktionel brug (MAL og WMFT) vil blive demonstreret gennem sammenligning af de behandlede og ubehandlede (forsinket intervention) grupper ved 6-måneders opfølgningspunktet. Det er muligt, at forskellene mellem grupperne ved 6-månederspunktet kan være større end ved post-test/interventionspunktet, især hvis den funktionelle brug fortsætter med at forbedres i den behandlede gruppe.

2. Baggrund og betydning: Slagtilfælde er den førende årsag til handicap blandt amerikanske voksne. Hvert år i USA lider omkring 750.000 mennesker af slagtilfælde, og af dem overlever næsten 400.000 med en vis grad af neurologisk svækkelse og handicap. Det samlede antal nulevende, slagtilfælde-ramte amerikanere er næsten 3 millioner. Tredive milliarder dollars årligt er den anslåede byrde fra slagtilfælde-relateret handicap. På trods af disse statistikkers enorme omfang har der næsten ikke været nogen videnskabelige undersøgelser af effektiviteten af ​​rehabiliteringsinterventioner efter slagtilfælde. Som følge heraf er de nyligt offentliggjorte retningslinjer for klinisk praksis for rehabilitering efter slagtilfælde (Gresham et al., 1995) blevet tvunget til primært at stole på ekspertudtalelser og ikke på velkontrollerede videnskabelige undersøgelser.

En ny terapeutisk tilgang til rehabilitering af bevægelse efter slagtilfælde, kaldet constraint-induced (CI) bevægelsesterapi, er blevet afledt af grundforskning med aber givet somatosensorisk deafferentation (Taub, 1980). CI-bevægelsesterapi består af en familie af terapier; deres fælles element er, at de får patienter med slagtilfælde til i høj grad at øge brugen af ​​en berørt arm og hånd i mange timer om dagen over en periode på 10 til 14 på hinanden følgende dage. Signaturindgrebet involverer motorisk begrænsning af den mindre påvirkede arm i en slynge eller lute og træning af den berørte arm. Behandlingerne resulterer i store ændringer i mængden af ​​brug af den berørte arm i dagligdagens aktiviteter uden for klinikken, som har varet ved i de 2 år målt til dato (Morris et al., 1997; Taub & Wolf, 1997; Taub et al. al., 1994; Taub et al., 1993; Wolf et al., 1989). Tidligere forskning har aldrig resulteret i nogen negative virkninger af fastholdelsen på den "gode arm/hånd".

Der er stigende evidens for kortikal reorganisering, der ledsager genopretning af motorisk kontrol efter slagtilfælde, og for nylig blev lignende ændringer påvist i forbindelse med CI-terapi ved kronisk slagtilfælde (Liepert et al., 2000). Der synes at være en sammenhæng mellem læsionens størrelse og placering og arten af ​​denne reorganisering samt tidsforløbet af denne reorganisering (Azari & Seitz, 2000). Det faktum, at terapi (tvangsbrug) kan påvirke denne reorganisering, som afsløret af det sub-menneskelige primatarbejde (Nudo et al., 1996a,b) antyder, at der ville være forskelle i ændringen i kortikale aktiveringsmønstre for at nå og gribe opgaver fra baseline til post-test/interventionstidspunkter mellem de behandlede og ubehandlede forsøgspersoner i vores foreslåede projekt. Yderligere, og relateret til det neurale netværk til kontrol af uni-manuelle række- og gribehandlinger, har ipsilateral (eller bilateral) hemisfæreaktivering vist sig at være en konsekvens af opgavekompleksitet, motorisk sæt og overdreven indsats (Winstein et al., 1997; Chen et al., 1997a, 1997b; Beltramello et al., 1998; Doyon et al., 1998; Winstein et al., 2000). Motor set-effekter er blevet påvist mest konsekvent i motorkontrollitteraturen ved at sammenligne forudsigelige og uforudsigelige ordensforhold. I en uforudsigelig tilstand er motorsæt baseret på en 'bedste gæt'-plan, og standardparametre vælges baseret på rækken af ​​mulige reaktioner (se Winstein et al., 2000, for motorsæts effekter i udløste grebsresponser). I modsætning hertil, under forudsigelige opgaveforhold, er en mere præcis og afstemt plan aktiveret, da den nøjagtige respons kan planlægges på forhånd (Velicki et al., 2000). Som sådan antager vi, at efterhånden som det at nå og gribe handlinger forbedres med øvelse, vil 'opgavekompleksitet' blive reduceret, motoriske effekter vil blive forbedret (dvs. opgaven planlægges og udføres lettere med mindre kognitiv efterspørgsel, Lee et al. , 1994), og der bør være en samtidig reduktion i omfanget af ipsilateral (bilateral) neural aktivitet for påvirkede lemmerbevægelser. Samtidig, og i overensstemmelse med brugsafhængig kortikal reorganisering, bør der, efterhånden som færdigheder (læring) forbedres, være en udvidelse eller øget intensitet af aktivering i de passende kontralaterale neurale netværk af rækkende og gribende handlinger, især i områder af interesse, herunder M1 , S1, SMA og PM områder. Disse argumenter giver logikken for specifikt mål #3 for at bestemme ændringerne, som en konsekvens af CI-terapi, i det sensorimotoriske kortikale netværk gennem begivenhedsrelateret fMRI under specifikke nå- og gribeopgaver og vores tilknyttede hypoteser.

I logisk forlængelse foreslår vi, at virkningerne af CI-terapi på kontrollen af ​​overekstremiteternes rækkevidde og gribehandlinger kan indekseres på både niveauet af kortikale neurale aktiveringsmønstre (fMRI) og adfærdsmæssige kinematik og i forhold til velkendte psykofysiske love for motorik læring og kontrol. Yderligere foreslår vi, at ændringerne i ydeevne som afspejlet af fysiologisk hjerneaktivering og motorisk kontrolkinematik kan relateres til ændringer i brugen af ​​den berørte øvre ekstremitet som indekseret af MAL og WMFT. Dette ledsagerprojekt er innovativt, idet det repræsenterer det første forsøg på at korrelere resultaterne af psykofysiske undersøgelser af 'kontrol' af at nå og gribe handlinger med neuroimaging (fMRI) undersøgelser designet til at fremhæve den 'centrale motoriske sæt'-effekt (Winstein et al. , 2000) ved hjælp af et design med gentagne mål (3 gentagne test) med en mellem gruppefaktor (behandlet og ubehandlet kontrolgruppe). Denne undersøgelse supplerer den nuværende forskning i udforskningen af ​​hjerneaktivitetsændringer ved hjælp af forskellige motoriske aktiveringsopgaver og omstændigheder, der er gearet til at låne videnskaben til undersøgelsen af ​​denne klinisk baserede terapi.

Med dette forslag planlægger vi at vurdere ændringerne i neural aktivering (kortikal reorganisering) og motorisk kontrol af nå- og gribehandlinger, der vedrører direkte CI-terapi sammenlignet med den, der er forbundet med standard og sædvanlig pleje. Disse eksperimenter vil blive udført på en separat dag fra baseline, post-test og 6-måneders opfølgningstest, men de vil blive planlagt inden for 1 uge efter disse tests. Dette design giver os mulighed for at udforske de fysiologiske neurale kredsløb og motoriske kontrolvariabler, der medierer den forventede adfærdsændring i forbindelse med CI-terapi (behandlet gruppe) og standard og sædvanlig pleje (forsinket interventionsgruppe) og karakteriserer persistensen af ​​denne ændring i en gruppe af subgrupper. -overlevere af akut slagtilfælde, som har relativt små læsioner og en vis evne til at bevæge håndled og fingre på den hemiparetiske side.