Condicionamiento Operante para Neuromodulación

El propósito de este estudio es investigar la neuromodulación como un nuevo enfoque para mejorar la rehabilitación de las personas que tienen problemas de movimiento de las extremidades superiores después de una lesión neurológica, como un accidente cerebrovascular o una lesión de la médula espinal. La evidencia emergente demuestra que los animales y las personas pueden ejercer control sobre el nivel de excitabilidad en las vías neuronales que contribuyen al movimiento. Este descubrimiento tiene implicaciones importantes, ya que representa una nueva estrategia para mejorar el control motor en personas de todos los niveles de habilidad, incluidas aquellas con afecciones neurológicas. El condicionamiento operante es un mecanismo de aprendizaje bien estudiado, en el que la modificación de un comportamiento puede ser provocada por la consecuencia del comportamiento. Los comportamientos que son recompensados ​​con refuerzo positivo se muestran con mayor frecuencia. En los últimos años, el condicionamiento operante se ha aplicado a las respuestas reflejas espinales en ratones, ratas, monos y personas. La evidencia sugiere que es posible aumentar o disminuir la excitabilidad de un circuito neuronal estimulando eléctricamente un nervio o un área del cerebro, luego registrando la respuesta muscular y recompensando las respuestas que están dentro de un rango deseable. Esto puede alterar el nivel de tono muscular en reposo, así como la contribución del músculo a los movimientos intencionales y su preparación para responder a perturbaciones inesperadas. Hasta la fecha, solo un grupo de investigación ha aplicado el condicionamiento operante para mejorar el rendimiento motor en personas. Su trabajo se ha centrado en modificar los reflejos espinales de un músculo de las extremidades inferiores y los efectos al caminar. En el proyecto propuesto, ampliaremos el uso del condicionamiento operante a los músculos de la extremidad superior ya las personas con problemas de movimiento después de un accidente cerebrovascular y una lesión de la médula espinal, ya otra vía neural además del reflejo espinal.

Este estudio incluirá los procedimientos necesarios para medir la excitabilidad del sistema nervioso a nivel de la médula espinal ya nivel del cerebro. La excitabilidad del reflejo espinal se cuantificará estimulando eléctricamente un nervio periférico y registrando la respuesta muscular (es decir, el reflejo H) con electromiografía. La excitabilidad de la vía motora del cerebro al músculo (el tracto corticoespinal) se cuantificará estimulando un área específica del cerebro (la corteza motora) con estimulación magnética transcraneal y registrando la respuesta muscular (es decir, El potencial evocado motor) con electromiografía. Además, se evaluará el deterioro del movimiento de las extremidades superiores midiendo el tono muscular, la sensación, la capacidad para generar fuerza y ​​el rendimiento en una tarea de control motor de muñeca basada en computadora. En los sujetos que tienen afecciones neurológicas, la función de las extremidades superiores se evaluará mediante pruebas estandarizadas, incluida la evaluación Fugl-Meyer de la extremidad superior, la prueba del brazo de investigación de acción y la prueba de cajas y bloques. Este estudio probará la efectividad del condicionamiento operante como una intervención para modificar la excitabilidad neuronal. Después de la prueba inicial, los sujetos participarán en hasta 12 sesiones de intervención simulada seguidas de hasta 24 sesiones de intervención de condicionamiento operante real. Cada sesión incluirá 225 ensayos (3 series de 75), con una duración de unos 30 minutos. Para cada prueba durante una intervención real, se administrará un estímulo mientras el sujeto mantiene una contracción muscular de bajo nivel, se registrará la respuesta del músculo a la estimulación y se mostrará una retroalimentación inmediata en una pantalla de computadora, mostrando al sujeto si su respuesta muscular fue dentro del rango deseado o no. Por ejemplo, aparecerá una barra verde si la respuesta muscular fue 'buena'; de lo contrario, aparecerá una barra roja. El 'porcentaje de éxito' del sujeto también se mostrará y actualizará después de cada prueba. Durante la intervención simulada, todos los procedimientos serán idénticos excepto que no se proporcionará retroalimentación al sujeto y no habrá instrucciones para aumentar o disminuir sus respuestas musculares.

En personas sanas, nuestro objetivo será cambiar la excitabilidad del reflejo espinal (reflejos H) de un músculo de la extremidad superior hacia arriba o hacia abajo, ampliando los hallazgos previos que muestran esos efectos en un músculo de la extremidad inferior, sin efecto sobre la capacidad de movimiento normal (Thompson et al. al., 2009, Makihara et al., 2014). También en personas sanas, intentaremos cambiar la excitabilidad de la vía del cerebro al músculo hacia arriba o hacia abajo, utilizando el condicionamiento operante de los potenciales evocados motores. Solo un estudio anterior (Majid et al., 2015) ha demostrado un cambio hacia abajo, y los primeros estudios que investigan la capacidad de aumentar los potenciales evocados motores actualmente están en progreso. Las personas con afecciones neurológicas a menudo tienen un aumento anormal de la excitabilidad del reflejo espinal que afecta ciertos músculos, lo que resulta en un aumento del tono, rigidez y dificultad para moverse. Por lo tanto, nuestro objetivo será reducir la excitabilidad del reflejo espinal en los músculos hiperactivos, provocando reflejos H y recompensando las respuestas que están por debajo de un umbral. Además, las personas con afecciones neurológicas a menudo tienen conexiones interrumpidas del cerebro al músculo, lo que resulta en debilidad (disminución de la capacidad para generar fuerza). Por lo tanto, nuestro objetivo será aumentar la excitabilidad de la vía del cerebro al músculo, provocando potenciales evocados motores y recompensando las respuestas que están por encima de un umbral.