Priming mit tDCS: Erweiterung des Genesungsfensters bei chronischem Schlaganfall

ZIEL 1: Bestimmung, ob sich die motorische Leistungsfähigkeit der UE bei Personen mit mittelgradiger Beeinträchtigung durch chronischen Schlaganfall signifikant verbessert, nachdem eine anodische tDCS auf die ipsiläsionale PMd während einer kreislaufbasierten, UE, TRT angewendet wurde, die dreimal pro Woche für 4 Wochen durchgeführt wurde. Hypothese: Nach einem 4-wöchigen tDCS-gepaarten UE-TRT-Programm wird es bei Personen mit mäßiger Beeinträchtigung durch chronischen Schlaganfall signifikante Veränderungen der ein- und zweimanuellen Leistung geben, wie durch klinische Bewertungen festgestellt wurde. Unsere primäre Messung wird die UE-Beschleunigungsmessung sein, die mit handgelenkbasierten ActiGraphs erfasst wird; eine sekundäre Maßnahme wird der Wolf Motor Function Test (WMFT) sein.

ZIEL 2: Bestimmung, ob signifikante strukturelle und funktionelle Hirnveränderungen bei Personen mit mäßiger Beeinträchtigung durch chronischen Schlaganfall nach anodischer tDCS, angewendet auf die ipsiläsionale PMd, gepaart mit kreislaufbasierter, UE, TRT, durchgeführt 3-mal/Woche für 4 Wochen, vorliegen. Hypothese: Nach einem 4-wöchigen, tDCS-gepaarten UE-TRT-Programm wird es signifikante strukturelle/funktionelle Gehirnveränderungen geben, die durch Magnetresonanztomographie (MRT) und funktionelle MRT (fMRI) nachgewiesen werden. Basierend auf früheren Arbeiten4,10 erwarten wir, dass es eine Zunahme der funktionellen Konnektivität im Ruhezustand zwischen dem Kleinhirn und den kortikalen Bereichen geben wird, wie anhand von BOLD fMRI gezeigt wird.

Aufgabenbezogenes Training (TRT) ist ein Behandlungsansatz, der darauf abzielt, die Nutzung des paretischen Arms zu erhöhen, erlernte Nichtbenutzung zu vermeiden und die Kompensation zu minimieren (Thielman et al, 2004). Es beinhaltet das variable Üben von zielgerichteten, funktionalen Bewegungen in einer natürlichen Umgebung (Ada et al., 1994), wobei der Schwerpunkt auf der Lösung von Bewegungsproblemen liegt (Gentile, 2000). Es wurde festgestellt, dass aufgabenbezogenes Training die paretische Armfunktion nach einem Schlaganfall bei Personen mit einem Ausgangs-UE FM < 35 signifikant verbessert (Kim et al., 2013; Thielman et al., 2004; Thielman, 2015; Wu et al., 2000).

Die Wirkungen von TRT könnten durch nichtinvasive Gehirnstimulationspaarung verstärkt werden. Es wurde festgestellt, dass motorisches Priming vor oder während des Übens von Aufgaben das motorische Lernen und die UE-Funktion bei gesunden Personen und Personen nach einem Schlaganfall durch Erhöhung der Neuroplastizität fördert (Fusco et al., 2014; Stoykov und Madhavan, 2015; Stoykov und Stinear, 2010). Die anodische transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine Form der Stimulation (Fusco et al., 2014). Die anodische tDCS erhöht die neuronale Erregbarkeit durch Depolarisation des Membranpotentials, während die kathodische tDCS die Erregbarkeit verringert und das Membranpotential hyperpolarisiert (Nitsche und Paulus, 2001). Es wurde gezeigt, dass Nachwirkungen einer anodischen tDCS-Stimulation, die eine Aktivierung von NDMA-Rezeptoren in Verbindung mit einer langfristigen Potenzierung beinhaltet, bis zu 120 Minuten (min) anhalten (Madhavan und Shah, 2012). Während der Intervention verabreichtes anodisches tDCS hat einen größeren Einfluss auf die UE-Funktion als Therapie oder tDCS allein (Bolognini et al., 2011; Butler et al., 2013; Cho et al., 2015; Lee und Lee, 2015; Yao et al., 2015). Während der Erhalt von tDCS während therapeutischer Interventionen vielversprechend ist, kann es die Therapie auf sitzende oder eher sitzende Programme beschränken. Angesichts der Unterstützung in der Literatur glauben wir, dass es effektiver sein kann, Neuroplastizität und UE-Funktionswiederherstellung bei Überlebenden von chronischen Schlaganfällen zu fördern, wenn tDCS während der Teilnahme an einem dynamischen UE-Stehprogramm wiederholt durchgeführt wird. Unser zirkelbasiertes UE TRT-Stehprogramm erfordert von den Teilnehmern mehr aerobe Anstrengung als sitzende Programmierung, und es hat sich gezeigt, dass eine größere aerobe Anstrengung die Neuroplastizität bei Personen nach einem Schlaganfall fördert (Mang et al., 2013; Quaney et al., 2009).

Erweiterung der Plastizität über den motorischen Kortex hinaus. Der dorsale prämotorische Kortex (PMd) kann ein geeigneteres neuronales Substrat zur Förderung der Genesung bei mäßig beeinträchtigten Personen sein. Während die Ergebnisse des anodischen Primings über dem ipsiläsionalen motorischen Kortex vielversprechend sind, waren die Wirkungen hauptsächlich auf Personen mit leichten Beeinträchtigungen beschränkt. Bei Personen mit mäßiger Beeinträchtigung ist ein wesentlicher Teil des motorischen Kortex und/oder des kortikospinalen Systems beschädigt, wobei weniger neurales Substrat innerhalb von M1 zurückbleibt, als mit anodischer tDCS anvisiert werden kann. Bei solchen Personen können alternative kortikale Stellen ein größeres Potenzial haben, die motorische Erholung zu reorganisieren und umzusetzen. Zuvor haben wir (Kantak et. al., 2012) und andere (Plow et al., 2016) schlugen vor, dass der PMd möglicherweise in einzigartiger Weise bereit ist, die Wiederherstellung nach einer Verletzung des motorischen Kortex zu reorganisieren und umzusetzen. Die PMd trägt zu über 30 % der absteigenden kortikospinalen Fasern bei (Barbas und Pandya, 1987; Dum und Strick, 2002). Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass sich PMd nach einem Schlaganfall reorganisiert und zur motorischen Leistungsfähigkeit beiträgt (Fridman et al., 2004; Kantak et al., 2012; Mohapatra et al., 2016). Wir sind der Meinung, dass der Vorteil des Primens des PMd vor dem Einsatz in leitungsbasierter UE-TRT weitere Untersuchungen rechtfertigt.

Gehirnscan. Die Verwendung von Hybrid-Diffusions-Magnetresonanztomographie (MRT) und funktioneller MRT (fMRI) zur Quantifizierung struktureller und funktioneller Veränderungen im Gehirn ist entscheidend, um Verhaltensänderungen nach einer Verletzung und während des Trainings zu verstehen. Die funktionelle Organisation von intaktem kortikalem Gewebe nach einem Schlaganfall hängt von der Verhaltenserfahrung nach einer Verletzung ab (O'Shea et al., 2007). Neuroimaging wurde verwendet, um eine Zunahme der neuralen Aktivität bei Personen zu zeigen, die sich nach einem Schlaganfall einer TRT unterziehen (Nelles et al., 2001). Durch die Verwendung von fMRT zur Beurteilung der Gehirnfunktion kann das Aktivierungsvolumen in regionalen Gehirnbereichen bestimmt werden, was zur Vorhersage des Behandlungsergebnisses verwendet werden könnte (Cramer, 2008).