Gehirn- und Verhaltenskorrelate der Armrehabilitation (BCAR)

ZWECK DER STUDIE UND HINTERGRUND

1. Spezifische Ziele und Zweck der Studie: Insgesamt besteht dieser Vorschlag darin, dreidimensionale Bewegungsanalysen und Magnetresonanz (fMRI)-Neurobildgebungstechniken zu verwenden, um die Gehirnaktivität und motorischen Verhaltensänderungen im Zusammenhang mit der Constraint-Induced (CI)-Therapie für Patienten zu untersuchen mit subakutem Schlaganfall. Dieses Projekt ist eine Begleitstudie zur kürzlich finanzierten multizentrischen randomisierten klinischen Studie (HD37606-01), Extremity Constraint-Induced Therapy Evaluation (EXCITE). Dieses Projekt ergänzt EXCITE, indem es die Mechanismen untersucht, die der klinischen Intervention in der Schlaganfallrehabilitation zugrunde liegen. Da jedoch die Einschreibung für EXCITE abgeschlossen ist, werden wir eine neue Gruppe von Teilnehmern einschreiben.

A. SPEZIFISCHE ZIELE:

1. Bestimmen Sie die Beziehung zwischen Läsionsgröße und -ort, wie sie mit volumetrischer 3-D-MRT und dem funktionellen Ergebnis (d. h. motorische Kontrolle und funktionelle Verwendung) als Folge der CI-Therapie bewertet wird.
2. Bestimmen Sie die Auswirkungen der CI-Therapie auf die Kontrolle von Greif- und Greifaktionen, wie sie anhand der Verhaltenskinematik bewertet wurden.
3. Bestimmen Sie die Auswirkungen der CI-Therapie auf das neurale Substrat (sensomotorisches Netzwerk), wie sie mit fMRT während zielgerichteter Ziel- und Greifaufgaben (durchgeführt als Aktivierungsaufgaben im Scanner) bewertet werden.
4. Bestimmen Sie die Persistenz und/oder Stabilität dieser Veränderungen der motorischen Kontrolle, des neuronalen Substrats und der funktionellen Verwendung der oberen Extremität bei einem Schlaganfall mit CI-Therapie 6 Monate später.

A.1: Spezifische Arbeitshypothesen für jedes Ziel sind:

Für Spezifisches Ziel Nr. 1, Hypothese 1: Es wird eine vorhersagbare Beziehung zwischen Läsionsort, Größe und funktionellem Ergebnis der CI-Therapie geben. Diejenigen mit spezifischen Läsionen des sensomotorischen Kortex (MI, SI) zeigen eine schlechtere Reaktion als diejenigen mit Läsionen, die auf die subkortikalen Regionen beschränkt sind (z. B. hinterer Schenkel der inneren Kapsel, subkortikale weiße Substanz oder Basispontis, paramediane Brückenbereiche), die auf die Läsionsgröße kontrolliert werden . Eine Arbeitsannahme, die dieser Hypothese zugrunde liegt, ist, dass es einen unterschiedlichen Effekt der CI-Therapie bei subkortikalen vs. kortikalen sensomotorischen Läsionen geben wird. Hypothese 2: Die Unterschiede zwischen den Gruppen (behandelt vs. unbehandelt) sind bei Patienten mit subkortikalen Läsionen größer als bei Patienten mit Läsionen im kortikalen sensomotorischen Bereich, kontrolliert auf die Läsionsgröße, zum Zeitpunkt nach dem Test/Eingriff.

Für spezifisches Ziel Nr. 2, Hypothese 1: Die CI-Therapie fördert die Kontrolle von Greif- und Greifaktionen durch Änderungen der (Arm-)Transportdauer, des Timings der Spitzenöffnung, der Spitzentransportgeschwindigkeit und der Gleichmäßigkeit sowohl der Reichweite als auch der Greifkomponente zum Greifen unterschiedlich große Objekte und das Erreichen unterschiedlicher Entfernungen. Hypothese Nr. 2 ist, dass die Veränderung der motorischen Kontrolle von Greif- und Greifbewegungen von der Grundlinie bis zum Zeitpunkt nach dem Test/Intervention in der behandelten Gruppe größer sein wird als in der unbehandelten Gruppe. Hypothese Nr. 3 ist, dass diese Veränderungen der motorischen Kontrolle mit Veränderungen in der realen Nutzung der oberen Extremität korrelieren, wie sie durch das Motor Activity Log (MAL) und den Wolf Motor Function Test (WMFT) indiziert werden.

Für spezifisches Ziel Nr. 3, Hypothese 1: Die CI-Therapie führt zu einer Verringerung der Aktivierung der ipsilateralen Hemisphäre und zu einer erweiterten Ausdehnung und/oder erhöhten Intensität spezifischer Regionen von Interesse (ROIs) im kontralateralen (betroffenen) sensomotorischen Netzwerk mit CI-Therapie. Insbesondere und in Bezug auf die Planung komplexerer Handbewegungen (z. B. präzises Greifen) umfassen spezifische ROIs, die eine Änderung der Intensität und/oder des Ausmaßes zeigen, den primären motorischen Kortex (MI), den primären sensorischen Kortex (S1) und den ergänzenden Motor Bereich (SMA) und Prämotorbereich (PM). Hypothese Nr. 2 ist, dass die Änderung der ROI-Aktivierung vom Ausgangswert bis zum Zeitpunkt nach dem Test/Intervention in der behandelten Gruppe größer sein wird als in der unbehandelten Gruppe. Hypothese 3: Das Vorhandensein eines erweiterten Ausmaßes und/oder einer intensiveren Aktivierung in diesen ROIs der kontralateralen Hemisphäre wird mit Veränderungen in der realen Nutzung der oberen Extremität korrelieren, wie durch MAL und WMFT indiziert.

Für spezifisches Ziel Nr. 4, Hypothese 1: Persistenz dieser Veränderungen in der Reach-to-Grasp-Motorsteuerung (Verhaltenskinematik), erweitertes Ausmaß/Intensität der ROIs des sensomotorischen Netzwerks (fMRI) und funktionelle Nutzung (MAL und WMFT) werden durch Vergleich demonstriert der behandelten und unbehandelten (verzögerte Intervention) Gruppen zum 6-Monats-Follow-up-Punkt. Es ist möglich, dass die Unterschiede zwischen den Gruppen nach 6 Monaten größer sind als nach dem Test/der Intervention, insbesondere wenn sich die funktionelle Nutzung in der behandelten Gruppe weiter verbessert.

2. Hintergrund und Bedeutung: Der Schlaganfall ist die häufigste Ursache für Behinderungen bei amerikanischen Erwachsenen. Jedes Jahr erleiden in den USA ungefähr 750.000 Menschen einen Schlaganfall, und davon überleben fast 400.000 mit einem gewissen Grad an neurologischen Beeinträchtigungen und Behinderungen. Die kumulierte Gesamtzahl der lebenden, von einem Schlaganfall betroffenen Amerikaner beträgt fast 3 Millionen. Dreißig Milliarden Dollar jährlich ist die geschätzte Belastung durch schlaganfallbedingte Behinderungen. Trotz der enormen Fülle dieser Statistiken gibt es fast keine wissenschaftlichen Studien zur Wirksamkeit von Rehabilitationsmaßnahmen nach einem Schlaganfall. Infolgedessen waren die kürzlich veröffentlichten Richtlinien für die klinische Praxis für die Rehabilitation nach einem Schlaganfall (Gresham et al., 1995) gezwungen, sich hauptsächlich auf Expertenmeinungen und nicht auf gut kontrollierte wissenschaftliche Studien zu stützen.

Ein neuer therapeutischer Ansatz zur Bewegungsrehabilitation nach einem Schlaganfall, die sogenannte Constraint-Induced (CI)-Bewegungstherapie, wurde aus der Grundlagenforschung mit somatosensorisch deafferentierten Affen abgeleitet (Taub, 1980). Die CI-Bewegungstherapie besteht aus einer Familie von Therapien; Ihr gemeinsames Element ist, dass sie Schlaganfallpatienten veranlassen, den Gebrauch eines betroffenen Arms und einer betroffenen Hand für viele Stunden am Tag über einen Zeitraum von 10 bis 14 aufeinanderfolgenden Tagen stark zu erhöhen. Die charakteristische Intervention beinhaltet die motorische Einschränkung des weniger betroffenen Arms in einer Schlinge oder einem Handschuh und das Training des betroffenen Arms. Die Therapien führen zu großen Veränderungen im Ausmaß der Nutzung des betroffenen Arms bei den Aktivitäten des täglichen Lebens außerhalb der Klinik, die für die bis heute gemessenen 2 Jahre anhielten (Morris et al., 1997; Taub & Wolf, 1997; Taub et al., 1994; Taub et al., 1993; Wolf et al., 1989). Frühere Forschungen haben nie zu nachteiligen Auswirkungen der Fixierung auf den „guten Arm/die gute Hand“ geführt.

Es gibt zunehmend Hinweise auf eine kortikale Reorganisation, die mit der Wiederherstellung der motorischen Kontrolle nach einem Schlaganfall einhergeht, und kürzlich wurden ähnliche Veränderungen in Verbindung mit der CI-Therapie bei chronischem Schlaganfall nachgewiesen (Liepert et al., 2000). Es scheint eine Beziehung zwischen Läsionsgröße und -ort und der Art dieser Reorganisation sowie dem Zeitverlauf dieser Reorganisation zu geben (Azari & Seitz, 2000). Die Tatsache, dass die Therapie (erzwungener Gebrauch) diese Reorganisation beeinflussen kann, wie die Arbeit an subhumanen Primaten (Nudo et al., 1996a, b) gezeigt hat, legt nahe, dass es Unterschiede in der Änderung der kortikalen Aktivierungsmuster zum Erreichen und Greifen von Aufgaben geben würde Baseline zu Post-Test/Interventionszeitpunkten zwischen den behandelten und unbehandelten Probanden in unserem vorgeschlagenen Projekt. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Aktivierung der ipsilateralen (oder bilateralen) Hemisphäre im Zusammenhang mit dem neuronalen Netzwerk für die Steuerung von unimanuellen Greif- und Greifaktionen eine Folge der Aufgabenkomplexität, des motorischen Satzes und der übermäßigen Anstrengung ist (Winstein et al., 1997; Chen et al., 1997a, 1997b; Beltramello et al., 1998; Doyon et al., 1998; Winstein et al., 2000). Motor-Set-Effekte wurden in der Motorsteuerungsliteratur am konsistentesten demonstriert, indem vorhersagbare und unvorhersagbare Ordnungsbedingungen verglichen wurden. In einem unvorhersehbaren Zustand basiert der motorische Satz auf einem „Best Guess“-Plan, und Standardparameter werden basierend auf dem Bereich möglicher Reaktionen ausgewählt (siehe Winstein et al., 2000, für motorische Satzeffekte bei ausgelösten Greifreaktionen). Im Gegensatz dazu wird unter vorhersagbaren Aufgabenbedingungen ein genauerer und abgestimmter Plan ermöglicht, da die genaue Reaktion im Voraus geplant werden kann (Velicki et al., 2000). Daher nehmen wir an, dass, wenn sich Greif- und Greifaktionen mit der Übung verbessern, die „Aufgabenkomplexität“ reduziert wird, die motorischen Effekte verstärkt werden (d. h. die Aufgabe wird einfacher geplant und ausgeführt, mit weniger kognitiven Anforderungen, Lee et al. , 1994), und es sollte eine gleichzeitige Verringerung des Ausmaßes der ipsilateralen (bilateralen) neuralen Aktivität für betroffene Gliedmaßenbewegungen geben. Gleichzeitig und im Einklang mit der nutzungsabhängigen kortikalen Reorganisation sollte es mit zunehmender Fähigkeit (Lernen) zu einer Ausweitung oder erhöhten Intensität der Aktivierung in den entsprechenden kontralateralen neuronalen Netzwerken von Greif- und Greifaktionen kommen, insbesondere in interessierenden Regionen, einschließlich M1 , S1, SMA und PM-Bereiche. Diese Argumente liefern die Logik für Spezifisches Ziel Nr. 3, um die Veränderungen als Folge der CI-Therapie im sensomotorischen kortikalen Netzwerk durch ereignisbezogene fMRT während spezifischer Greif- und Greifaufgaben und unsere damit verbundenen Hypothesen zu bestimmen.

Als logische Erweiterung schlagen wir vor, dass die Auswirkungen der CI-Therapie auf die Kontrolle der Greif- und Greifbewegungen der oberen Extremitäten sowohl auf der Ebene der kortikalen neuralen Aktivierungsmuster (fMRI) und der Verhaltenskinematik als auch in Bezug auf bekannte psychophysische Bewegungsgesetze indiziert werden können lernen und kontrollieren. Darüber hinaus schlagen wir vor, dass die Leistungsänderungen, die sich in der physiologischen Gehirnaktivierung und der motorischen Kontrollkinematik widerspiegeln, mit Änderungen in der Verwendung der betroffenen oberen Extremität zusammenhängen können, wie sie durch MAL und WMFT indiziert werden. Dieses Begleitprojekt ist insofern innovativ, als es den ersten Versuch darstellt, die Ergebnisse psychophysischer Studien zur „Kontrolle“ von Greif- und Greifaktionen mit Neuroimaging (fMRI)-Studien zu korrelieren, die darauf abzielen, den „Central Motor Set“-Effekt hervorzuheben (Winstein et al. , 2000) unter Verwendung eines Designs mit wiederholten Messungen (3 wiederholte Tests) mit einem Zwischengruppenfaktor (behandelte und unbehandelte Kontrollgruppe). Diese Studie ergänzt die aktuelle Forschung zur Erforschung von Veränderungen der Gehirnaktivität unter Verwendung verschiedener motorischer Aktivierungsaufgaben und -umstände, die darauf ausgerichtet sind, der Untersuchung dieser klinisch basierten Therapie Wissenschaft zu verleihen.

Mit diesem Vorschlag planen wir, die Veränderungen in der neuralen Aktivierung (kortikale Reorganisation) und der motorischen Kontrolle von Greif- und Greifaktionen zu bewerten, die sich direkt auf die CI-Therapie beziehen, im Vergleich zu denen, die mit der Standard- und üblichen Versorgung verbunden sind. Diese Experimente werden an einem anderen Tag als die Baseline-, Post-Test- und 6-Monats-Follow-up-Tests durchgeführt, aber sie werden innerhalb von 1 Woche nach diesen Tests geplant. Dieses Design ermöglicht es uns, die physiologischen neuronalen Schaltkreise und motorischen Kontrollvariablen zu untersuchen, die die erwartete Verhaltensänderung im Zusammenhang mit der CI-Therapie (behandelte Gruppe) und der Standard- und üblichen Versorgung (Gruppe mit verzögerter Intervention) vermitteln, und die Persistenz dieser Änderung in einer Gruppe von Sub zu charakterisieren - Überlebende eines akuten Schlaganfalls, die relativ kleine Läsionen und eine gewisse Fähigkeit haben, das Handgelenk und die Finger auf der hemiparetischen Seite zu bewegen.