Esikäsittely tDCS:llä: Toipumisikkunan laajentaminen kroonisessa aivohalvauksessa

TAVOITE 1: Määrittää, paraneeko UE:n motorinen suorituskyky merkittävästi henkilöillä, joilla on kroonisen aivohalvauksen aiheuttama kohtalainen vajaatoiminta, sen jälkeen, kun ipsilesionaaliseen PMd:hen on sovellettu anodaalista tDCS:ää piiripohjaisen, UE:n, TRT:n aikana, joka suoritettiin kolme kertaa viikossa 4 viikon ajan. Hypoteesi: 4-viikkoisen tDCS-parillisen UE TRT -ohjelman jälkeen kliinisissä arvioinneissa havaitaan merkittäviä muutoksia unimanual- ja bimanuaalisessa suorituskyvyssä henkilöillä, joilla on kroonisen aivohalvauksen aiheuttama kohtalainen vajaatoiminta. Ensisijainen mittamme on UE:n kiihtyvyysmittaus, joka on kerätty rannepohjaisilla ActiGraphsilla. toissijainen mittaus on Wolf Motor Function Test (WMFT).

TAVOITE 2: Selvittää, onko merkittäviä rakenteellisia ja toiminnallisia aivomuutoksia yksilöillä, joilla on kohtalainen krooninen aivohalvauksen vajaatoiminta, sen jälkeen, kun ipsilesionaaliseen PMd:hen on sovellettu anodaalista tDCS:ää, joka on yhdistetty piiripohjaiseen, UE, TRT:hen, joka suoritettiin 3 kertaa viikossa 4 viikon ajan. Hypoteesi: 4-viikkoisen tDCS-parillisen UE TRT -ohjelman jälkeen aivoissa tapahtuu merkittäviä rakenteellisia/toiminnallisia muutoksia, jotka havaitaan magneettikuvauksella (MRI) ja toiminnallisella MRI:llä (fMRI). Aiemman työn perusteella4,10 odotamme, että lepotilan toiminnallinen yhteys lisääntyy, kuten BOLD fMRI:llä osoitetaan pikkuaivojen ja aivokuoren välillä.

Tehtävään liittyvä koulutus (TRT) on hoitomenetelmä, jolla pyritään lisäämään pareettisen käsivarren käyttöä, välttämään opittua käytöstä ja minimoimaan korvauksia (Thielman et al, 2004). Se sisältää tavoitteellisten, toiminnallisten liikkeiden vaihtelevan harjoittamisen luonnollisessa ympäristössä (Ada et al, 1994) keskittyen liikeongelmien ratkaisemiseen (Gentile, 2000). Tehtävään liittyvän harjoittelun on havaittu parantavan merkittävästi pareettisen käsivarren toimintaa aivohalvauksen jälkeen henkilöillä, joiden perustilan UE FM < 35 (Kim et al., 2013; Thielman et al., 2004; Thielman, 2015; Wu et al., 2000).

TRT:n vaikutuksia voitaisiin lisätä ei-invasiivisella aivostimulaatioparilla. Motorisen esikäsittelyn ennen tehtävän harjoittelua tai sen aikana on havaittu edistävän motorista oppimista ja UE-toimintaa terveillä yksilöillä ja henkilöillä aivohalvauksen jälkeen lisäämällä neuroplastisuutta (Fusco et al., 2014; Stoykov ja Madhavan, 2015; Stoykov ja Stinear, 2010). Anodaalinen transkraniaalinen tasavirtastimulaatio (tDCS) on yksi stimulaation muoto (Fusco et al., 2014). Anodaalinen tDCS lisää hermosolujen virittyvyyttä depolarisoimalla kalvopotentiaalia, kun taas katodinen tDCS vähentää heräävyyttä ja hyperpolarisoi kalvopotentiaalia (Nitsche ja Paulus, 2001). Anodisen tDCS-stimulaation vaikutusten, joihin liittyy pitkäaikaiseen voimistumiseen liittyvien NDMA-reseptorien aktivaatio, on osoitettu kestävän jopa 120 minuuttia (min) (Madhavan ja Shah, 2012). Intervention aikana annetulla anodisella tDCS:llä on suurempi vaikutus UE:n toimintaan kuin pelkällä terapialla tai tDCS:llä (Bolognini et al., 2011; Butler ym., 2013; Cho et al., 2015; Lee ja Lee, 2015; Yao et al., 2015). Vaikka tDCS:n saaminen terapeuttisten interventioiden aikana on lupaavaa, se voi rajoittaa hoidon istuviin tai istuvampiin ohjelmiin. Kirjallisuuden tuen perusteella uskomme, että voi olla tehokkaampaa edistää neuroplastisuutta ja UE:n toiminnallista palautumista kroonisesta aivohalvauksesta selviytyneillä, jos tDCS:ää tehdään toistuvasti dynaamiseen UE:n pysyvään ohjelmaan osallistumisen aikana. Piiripohjainen UE TRT -seisomaohjelmamme vaatii osallistujilta enemmän aerobista ponnistelua kuin istuva ohjelmointi, ja suuremman aerobisen ponnistuksen on osoitettu edistävän aivohalvauksen jälkeisten ihmisten neuroplastisuutta (Mang et al., 2013; Quaney et al., 2009).

Muovisuuden laajentaminen moottorin aivokuoren ulkopuolella. Dorsaalinen premotorinen aivokuori (PMd) voi olla sopivampi hermosubstraatti toipumisen edistämiseen kohtalaisesti vammaisilla yksilöillä. Vaikka anodisen esikäsittelyn tulokset ipsilesionaalisen motorisen aivokuoren yli ovat lupaavia, vaikutukset ovat ensisijaisesti rajoittuneet henkilöihin, joilla on lieviä vammoja. Keskivaikeasta vajaatoiminnasta kärsivillä henkilöillä huomattava osa motorisesta aivokuoresta ja/tai kortikospinaalijärjestelmästä on vaurioitunut, jolloin M1:een jää vähemmän hermosubstraattia kuin mitä voidaan kohdistaa anodisella tDCS:llä. Tällaisilla yksilöillä vaihtoehtoisilla aivokuoren alueilla voi olla suurempi potentiaali organisoida uudelleen ja toteuttaa motorista palautumista. Aiemmin me (Kantak et. al., 2012) ja muut (Plow et al., 2016) ehdottivat, että PMd voi olla ainutlaatuisella tavalla valmis järjestämään uudelleen ja toteuttamaan toipumista motorisen aivokuoren vaurion jälkeen. PMd muodostaa yli 30 % laskeutuvista kortikospinaalisista kuiduista (Barbas ja Pandya, 1987; Dum ja Strick, 2002). Lisäksi PMd:n on osoitettu järjestyvän uudelleen aivohalvauksen jälkeen, mikä edistää motorista suorituskykyä (Fridman et al., 2004; Kantak et al., 2012; Mohapatra et al., 2016). Uskomme, että UE TRT:n PMd:n esikäsittelystä ennen piiripohjaisen käytön aloittamista on lisätutkimuksia.

Aivojen kuvantaminen. Hybrididiffuusiomagneettikuvauksen (MRI) ja toiminnallisen MRI:n (fMRI) käyttö aivojen rakenteellisten ja toiminnallisten muutosten kvantifiointiin on ratkaisevan tärkeää, jotta voidaan ymmärtää käyttäytymismuutoksia vamman jälkeisenä ja harjoittelun aikana. Ehjän aivokuoren kudoksen toiminnallinen organisoituminen aivohalvauksen jälkeen riippuu vamman jälkeisestä käyttäytymiskokemuksesta (O'Shea et al, 2007). Neurokuvausta on käytetty osoittamaan hermotoiminnan lisääntymistä henkilöillä, jotka osallistuvat TRT:hen aivohalvauksen jälkeen (Nelles et al, 2001). Käyttämällä fMRI:tä aivojen toiminnan arvioinnissa voidaan määrittää alueellisten aivoalueiden aktivaatiovolyymi, jota voidaan käyttää hoidon lopputuloksen ennustamiseen (Cramer, 2008).