Wahrnehmungsmotorische Interaktion zur Verbesserung der bimanuellen Koordination nach Schlaganfall (Bimanual)

Allgemeine Materialien und Methoden: Die vorgeschlagenen Experimente werden dem allgemeinen Muster folgen, das wir in früheren psychophysischen Verhaltensstudien bei Personen mit und ohne Schlaganfall verwendet haben. Eine kontrollierte virtuelle Umgebung, die die Kinematik des Arms aufzeichnet und eine Echtzeit-Bewegungsinteraktion mit einer virtuellen motorischen Aufgabe ermöglicht, wird verwendet. Ein Programm, das ein Bewegungserfassungssystem (Acsention Technology TrakSTAR) und eine MATLAB-basierte GUI-Gaming-Umgebung integriert, ermöglicht die Verfolgung der beiden Arme, die Kontrolle des Experimentators für spezifische Manipulationen wie die Position des virtuellen Ziegels, die Ziellücke, den relativen Beitrag der Arme und die Kartierung jeder Armbewegung mit der Bewegung des virtuellen Bausteins, um Echtzeit- und Post-Response-Feedback bereitzustellen. Die Teilnehmer sitzen auf einem verstellbaren Stuhl mit Blick auf einen Computermonitor, wobei ihr Oberkörper an den Stuhl gebunden ist. Ihre Arme werden vollständig auf einer reibungsarmen Tischplatte abgestützt und können sich in der horizontalen (X-Y) Ebene mit minimalem Widerstand frei bewegen. Ein undurchsichtiger Bildschirm wird die direkte Sicht der Teilnehmer auf ihre Arme verdecken. Magnetische Markierungen werden direkt proximal zum Handgelenk an ihren Händen befestigt, und die Position der Markierungen wird einem virtuellen Stein zugeordnet, der auf dem Computerbildschirm angezeigt wird. Die motorische Aufgabe besteht darin, den/die virtuellen Stein(e) zu einer virtuellen Ziellücke(n) auf dem Computerbildschirm zu bewegen, indem beide Arme in der 2D-Ebene (X-Y) auf dem reibungsarmen Tisch bewegt werden. Während ein visuelles Echtzeit-Feedback des Ziegels verfügbar ist, kann der Ziegel nicht haptisch gefühlt werden. Aus Wahrnehmungsperspektive bewegt jeder Arm in unabhängiger Zielbedingung seinen eigenen virtuellen Stein zur Ziellücke. In der Bedingung für ein gemeinsames Tor wurde ein gemeinsamer Stein auf dem Computerbildschirm durch eine vorbestimmte Gewichtung jeder Armbewegung zu einem Zielfenster bewegt.

Vor Beginn der Experimente greifen die Teilnehmer mit dem paretischen Arm in drei verschiedene Richtungen (135º, 90º und 45º relativ zur Horizontalen), um die maximale Reichweite für zwei Versuche in jeder Richtung aufzuzeichnen. Die minimale Reichweite über die drei Richtungen wird verwendet, um die Start- und Endposition der Ziellücken zu kalibrieren. Die Position des Zielfensters wird bei 70 und 90 % der maximalen Reichweite platziert und in einem Winkel von 45º, 90º und 135º relativ zur Horizontalen ausgerichtet. Aus Sicht der motorischen Ausführung erfordert das bimanuelle Erreichen des 90º-Ziels Spiegelbewegungen der beiden Arme in Vorwärtsrichtung. Das Erreichen von 45º- und 135º-Zielen erfordert parallele Bewegungen der beiden Arme in diese Richtungen. Es hat sich gezeigt, dass Spiegel- und Parallelbewegungen unterschiedliche motorische Kontrollstrategien sowie unterschiedliche Ebenen der transkallosalen Hemmung erfordern und daher in diese Studie aufgenommen wurden.

Verfahren: Die Teilnehmer kommen für eine Grundlinienbewertung ins Labor, um die Eignung zur Teilnahme am Versuchsprotokoll zu bestimmen. Während dieser Ausgangsbewertung führen wir die folgenden Tests durch: (1) Fugl-Meyer-Untersuchung, (2) Mini-Mental-Skala, (3) Tests für Hemineglect unter Verwendung eines Linienbisektionstests, (4) Western Aphasia Battery für Patienten mit Aphasie (5) TMS-Sicherheitsfragebogen, (6) MRT-Sicherheitsfragebogen, (7) Box- und Blocktest sowie (8) Penn Neurocognitive Assessment.

Sobald sich die Patienten für die Studie qualifiziert haben, kommen sie für drei separate Sitzungen ins Labor. Die ersten beiden Sitzungen sind Verhaltenssitzungen, während die dritte Sitzung eine Neuroimaging-Sitzung ist.

Während der ersten Verhaltenssitzung werden die Teilnehmer in zwei verschiedenen Aufgaben auf bimanuelle Koordination getestet – auf Virtual Reality (VR) basierende Aufgaben und Aufgaben in der realen Welt. In der VR-basierten Aufgabe werden wir insgesamt 240 Versuche unter verschiedenen Bedingungen testen, um Basisleistungsdaten zu erhalten. Wir werden die Teilnehmer auch eine Reihe von bimanuellen realen Aufgaben durchführen lassen. Während der zweiten Sitzung werden wir die Wirkung von zwei verschiedenen Wahrnehmungsreizen auf die bimanuelle Koordination testen. Während der Ziel-2-Experimente werden die Teilnehmer angewiesen, einen gemeinsamen virtuellen Stein mit beiden Armen in drei Richtungen (Spiegel – 90°; parallel – 45° und 135°) zu den Zielfenstern zu „bewegen“, ohne den Stein innerhalb einer Ziel-MT von 800 Millisekunden zu kippen – 1,2 Sekunden. Die Teilnehmer absolvieren vier 60-Trial-Blöcke in pseudozufälliger Reihenfolge. Jeder Block wird aus einer unterschiedlichen Aufgabenbedingung bestehen, abhängig von der Art der bereitgestellten Wahrnehmungshinweise.

Bedingung 1 ähnelt der bimanuellen Bedingung mit gemeinsamem Ziel in Ziel 1, bei der sie einen gemeinsamen virtuellen Block, der in einer horizontalen Position fixiert ist, in pseudozufälliger Reihenfolge zu drei Zielen transportieren. Die Bewegung des Balkens ist ein ungewichteter Durchschnitt der beiden Armbewegungen; Das heißt, jeder Arm trägt zu 50 % zur virtuellen Stangenbewegung bei (50-50-Gewichtung). Für Bedingung 2 sind die Gewichtungskoeffizienten der beiden Arme gleich (d. h. 50-50); und der virtuelle Stein neigt sich proportional zur relativen Zeitverzögerung zwischen den Armen in Richtung des nacheilenden Arms. Operative Definition der relativen Zeitverzögerung: Die relative Zeitverzögerung unterscheidet sich von der absoluten Zeitverzögerung. Die relative Zeitverzögerung ist die Zeitverzögerung zwischen dem relativen Timing jedes Arms innerhalb seiner Flugbahn. Zur Veranschaulichung: Wenn der linke und der rechte Arm zu 70 und 30 % der Steinbewegung beitragen, ist die relative Zeitverzögerung in der Mitte der Bewegung null, wenn der linke und der rechte Arm die Hälfte ihrer jeweiligen Flugbahnen zurückgelegt haben. Daher wird die relative Zeitverzögerung sowohl durch die zeitliche als auch durch die räumliche Komponente der Bewegung jedes Arms beeinflusst. Gleichzeitiges und Post-Response-Feedback über die Neigung und den Weg des virtuellen Steins wird nach jedem Versuch bereitgestellt.

Bedingung 3 ist ähnlich wie Block 1 (Block in horizontaler Position fixiert), aber die Armgewichtung beträgt 70-30. Bedingung 4: Zusätzlich zu dem "Neigungs"-Feedback über die relative Zeitverzögerung wird jeder Arm unterschiedlich gewichtet, d. h. der paretische Arm hat einen höheren Gewichtungskoeffizienten im Vergleich zum nichtparetischen Arm. Insbesondere trägt der paretische Arm zu 70 % zur virtuellen Steinbewegung bei, während der nichtparetische Arm zu 30 % zur virtuellen Steinbewegung beiträgt. 20 bimanuelle Greifversuche in jede Richtung (90º; 45º und 135º) werden in pseudozufälliger Reihenfolge durchgeführt.