Käsivarsien kuntoutuksen aivojen ja käyttäytymisen korrelaatiot (BCAR)

TUTKIMUKSEN TARKOITUS JA TAUSTAA

1. Tutkimuksen erityiset tavoitteet ja tarkoitus: Kaiken kaikkiaan tämä ehdotus on käyttää kolmiulotteisen liikeanalyysin ja magneettiresonanssin (fMRI) hermokuvaustekniikoita aivojen toiminnan ja motorisen käyttäytymisen muutosten tutkimiseksi, jotka liittyvät potilaiden pakko-indusoituun (CI) hoitoon. subakuutin aivohalvauksen kanssa. Tämä projekti on kumppanitutkimus äskettäin rahoitetulle monikeskustutkimukselle, satunnaistetulle kliiniselle tutkimukselle (HD37606-01), Extremity Constraint-Induced Therapy Evaluation (EXCITE). Tämä projekti täydentää EXCITE-tutkimusta tutkimalla aivohalvauksen kuntoutuksen kliinisen intervention taustalla olevia mekanismeja. Koska EXCITE-ilmoittautuminen on kuitenkin suoritettu, rekisteröimme uusia osallistujia.

A. ERITYISET TAVOITTEET:

1. Määritä leesion koon ja sijainnin välinen suhde, joka on arvioitu käyttämällä 3-D-volumetrista MRI:tä, ja toiminnallinen tulos (eli motorinen ohjaus ja toiminnallinen käyttö) CI-hoidon seurauksena.
2. Selvitä CI-hoidon vaikutukset tavoittamiseen ja tarttumiseen liittyvien toimien hallintaan käyttäytymiskinematiikalla arvioituna.
3. Määritä CI-hoidon vaikutukset hermosubstraattiin (sensorimotorinen verkko) arvioituna fMRI:llä tavoitteellisten tähtäys- ja tarttumistehtävien aikana (suoritetaan aktivointitehtävinä skannerissa).
4. Selvitä näiden muutosten pysyvyys ja/tai stabiilisuus motorisessa hallinnassa, hermostossa ja yläraajojen toiminnallisessa käytössä aivohalvauksessa CI-hoidolla 6 kuukautta myöhemmin.

A.1: Erityiset työhypoteesit kullekin tavoitteelle ovat:

Spesifiselle tavoitteelle nro 1, hypoteesi 1: Leesion sijainnin, koon ja CI-hoidon toiminnallisen tuloksen välillä on ennustettavissa oleva suhde. Ne, joilla on spesifisiä sensorimotorisia aivokuoren (MI, SI) vaurioita, osoittavat heikompaa vastetta kuin niillä, joiden leesiot rajoittuvat aivokuoren alaisiin alueisiin (esim. sisäisen kapselin takaraajaan, aivokuoren valkoiseen aineeseen tai peruspisteeseen, paramediaan pontine-alueisiin), joita valvotaan leesion koon mukaan. . Yksi tämän hypoteesin taustalla oleva työoletus on, että CI-hoidolla on erilainen vaikutus aivokuoren ja aivokuoren sensomotorisen alueen leesioihin. Hypoteesi 2: Erot ryhmien välillä (käsitellyt vs. hoitamattomat) ovat suuremmat niillä, joilla on aivokuoren leesioita, kuin niillä, joilla on aivokuoren sensorimotorisen alueen vaurioita, leesion koon mukaan kontrolloituna testin jälkeisenä/interventioajankohtana.

Erityistavoitteen nro 2, hypoteesi 1: CI-terapia hyödyttää kurkotus- ja tarttumistoimintojen hallintaa muuttamalla (käsivarren) kuljetuksen kestoa, huippuaukon ajoitusta, huippukuljetusnopeutta ja sekä tartunta- että tartuntakomponentin tasaisuutta. erikokoisia esineitä ja eri etäisyyksiä. Hypoteesi nro 2 on, että saavutus- ja tarttumistoimintojen motorisen ohjauksen muutos lähtötilanteesta testin/intervention jälkeiseen aikapisteeseen on suurempi hoidetussa kuin käsittelemättömässä ryhmässä. Hypoteesi nro 3 on, että nämä moottorin ohjauksen muutokset korreloivat yläraajojen todellisessa käytössä tapahtuvien muutosten kanssa moottorin aktiivisuuslokin (MAL) ja Wolf Motor Function Testin (WMFT) indeksoinnin mukaisesti.

Spesifiselle tavoitteelle nro 3, hypoteesi 1: CI-hoito johtaa ipsilateraalisen aivopuoliskon aktivaation vähenemiseen ja tiettyjen kiinnostavien alueiden (ROI) laajenemiseen ja/tai lisääntyneeseen intensiteettiin kontralateraalisessa (saamassa) sensomotorisessa verkossa CI-hoidon avulla. Erityisesti ja koska se liittyy monimutkaisempien käsitoimintojen suunnitteluun (eli tarkkuuteen), erityisiä ROI-alueita, jotka osoittavat muutosta intensiteetissä ja/tai laajuudessa, ovat ensisijainen motorinen aivokuori (MI), primaarinen sensorinen aivokuori (S1), täydentävä motorinen aivokuori. alue (SMA) ja esimotorinen alue (PM). Hypoteesi nro 2 on, että muutos ROI-aktivaatiossa lähtötilanteesta testin/intervention jälkeiseen aikaan on suurempi hoidetussa ryhmässä verrattuna hoitamattomaan ryhmään. Hypoteesi 3: Laajentuneen ja/tai voimakkaamman aktivaation esiintyminen näissä kontralateraalisen pallonpuoliskon ROI:issa korreloi yläraajojen todellisen käytön muutoksiin MAL- ja WMFT-indeksien mukaan.

Erityistavoitteen nro 4, hypoteesi 1 osalta: Näiden muutosten pysyvyys kauko-tartunta-moottorin ohjauksessa (käyttäytymisen kinematiikassa), sensorimotorisen verkon ROI:iden (fMRI) laajenemassa/intensiteetissä ja toiminnallisessa käytössä (MAL ja WMFT) osoitetaan vertailun avulla. hoidetuista ja hoitamattomista (viivästetty interventio) ryhmistä 6 kuukauden seurantapisteessä. On mahdollista, että ryhmien väliset erot 6 kuukauden kohdalla voivat olla suurempia kuin testin jälkeisessä/interventiopisteessä, varsinkin jos toiminnallinen käyttö paranee edelleen hoidetussa ryhmässä.

2. Tausta ja merkitys: Aivohalvaus on yleisin vamman aiheuttaja amerikkalaisten aikuisten keskuudessa. Joka vuosi Yhdysvalloissa noin 750 000 ihmistä kärsii aivohalvauksesta, ja heistä lähes 400 000 selviää jonkinasteisen neurologisen vajaatoiminnan ja vamman kanssa. Elävien, aivohalvauksen saaneiden amerikkalaisten kumulatiivinen kokonaismäärä on lähes 3 miljoonaa. Kolmekymmentä miljardia dollaria vuodessa on arvioitu taakka aivohalvauksen aiheuttamasta vammaisuudesta. Näiden tilastojen valtavasta määrästä huolimatta aivohalvauksen jälkeisten kuntoutustoimenpiteiden tehokkuudesta ei ole tehty tieteellisiä tutkimuksia. Tämän seurauksena äskettäin julkaistut aivohalvauksen jälkeisen kuntoutuksen kliinisen käytännön ohjeet (Gresham et al., 1995) ovat joutuneet tukeutumaan ensisijaisesti asiantuntijalausuntoihin eivätkä hyvin kontrolloituihin tieteellisiin tutkimuksiin.

Uusi terapeuttinen lähestymistapa aivohalvauksen jälkeiseen liikkeen kuntoutukseen, nimeltään constraint-induced (CI) liiketerapia, on johdettu perustutkimuksesta apinoilla, joille on annettu somatosensorista deafferentaatiota (Taub, 1980). CI-liiketerapia koostuu terapioiden perheestä; niiden yhteinen tekijä on se, että ne saavat aivohalvauspotilaat lisäämään huomattavasti sairastuneen käsivarren ja käden käyttöä useita tunteja päivässä 10–14 peräkkäisen päivän aikana. Allekirjoitustoimenpide sisältää vähemmän sairastuneen käsivarren motorisen rajoituksen hihnassa tai kintaassa ja sairaan käsivarren harjoittamisen. Hoidot johtavat suuriin muutoksiin sairastuneen käsivarren käytön määrässä päivittäisessä toiminnassa klinikan ulkopuolella, jotka ovat jatkuneet tähän mennessä mitattuna 2 vuotta (Morris et al., 1997; Taub & Wolf, 1997; Taub et al. ai., 1994; Taub et ai., 1993; Wolf et ai., 1989). Aiemmat tutkimukset eivät ole koskaan johtaneet minkäänlaisiin haitallisiin vaikutuksiin "hyvän käsivarren/käden" rajoituksista.

Aivokuoren uudelleenorganisaatiosta on yhä enemmän näyttöä, joka liittyy motorisen hallinnan palautumiseen aivohalvauksen jälkeen, ja äskettäin samanlaisia ​​muutoksia on osoitettu kroonisen aivohalvauksen CI-hoidon yhteydessä (Liepert et al., 2000). Leesion koon ja sijainnin sekä tämän uudelleenjärjestelyn luonteen sekä uudelleenjärjestelyn ajan kulun välillä näyttää olevan yhteys (Azari & Seitz, 2000). Se tosiasia, että terapia (pakotettu käyttö) voi vaikuttaa tähän uudelleenjärjestelyyn, kuten kädellisten alapuolella tehtävä työ paljasti (Nudo et al., 1996a, b), viittaa siihen, että aivokuoren aktivaatiomallien muutoksissa tehtävien saavuttamiseksi ja tarttumiseksi on eroja. lähtötilanteesta testin/intervention jälkeiseen aikapisteeseen hoidettujen ja hoitamattomien koehenkilöiden välillä ehdotetussa projektissamme. Edelleen, ja liittyy hermoverkkoon, joka ohjaa uni-manuaalisia tavoittamiseen ja tarttumiseen liittyviä toimintoja, ipsilateraalisen (tai bilateraalisen) pallonpuoliskon aktivaation on osoitettu olevan seuraus tehtävän monimutkaisuudesta, motorisista joukosta ja liiallisesta ponnistuksesta (Winstein et al., 1997; Chen et ai., 1997a, 1997b; Beltramello et ai., 1998; Doyon et ai., 1998; Winstein et ai., 2000). Moottorisarjan vaikutukset on osoitettu johdonmukaisimmin moottorinohjauskirjallisuudessa vertaamalla ennustettavia ja arvaamattomia tilausolosuhteita. Ennalta arvaamattomissa olosuhteissa moottorisarja perustuu "parhaan arvauksen" suunnitelmaan ja oletusparametrit valitaan mahdollisten vasteiden joukon perusteella (katso Winstein et al., 2000 moottorisarjan vaikutuksista laukaistuihin tartuntavasteisiin). Sitä vastoin ennustettavissa olevissa tehtäväolosuhteissa tarkempi ja viritetty suunnitelma on mahdollista, koska tarkka vastaus voidaan suunnitella etukäteen (Velicki et al., 2000). Sellaisenaan oletamme, että kun toimintojen saavuttaminen ja tarttuminen paranevat harjoittelun myötä, 'tehtävän monimutkaisuus' vähenee, moottorisarjan vaikutukset lisääntyvät (eli tehtävä suunnitellaan ja suoritetaan helpommin, pienemmällä kognitiivisella tarpeella, Lee et al. , 1994), ja samanaikaisen ipsilateraalisen (kahdenvälisen) hermotoiminnan laajuuden pitäisi vähentyä raajan liikkeissä. Samanaikaisesti ja käyttöriippuvaisen aivokuoren uudelleenjärjestelyn mukaisesti, kun taito (oppiminen) paranee, aktivaation tulisi laajentua tai lisääntyä asianmukaisissa vastakkaisissa hermoverkoissa, joissa tavoittaa ja tarttuu toimiin, erityisesti kiinnostavilla alueilla, mukaan lukien M1. , S1, SMA ja PM alueet. Nämä argumentit tarjoavat logiikan erityistavoitteelle # 3 määrittää CI-terapian seurauksena tapahtuvat muutokset sensomotorisessa aivokuoren verkossa tapahtumiin liittyvän fMRI:n avulla tiettyjen tavoittamiseen ja tarttumiseen liittyvien tehtävien aikana sekä niihin liittyvät hypoteesimme.

Loogisella laajennuksella ehdotamme, että CI-hoidon vaikutukset yläraajojen tavoittamiseen ja tarttumiseen liittyvien toimintojen hallintaan voidaan indeksoida sekä aivokuoren hermoaktivaatiomallien (fMRI) että käyttäytymiskinematiikassa ja suhteessa hyvin tunnettuihin motoristen psykofyysisten lakien oppimista ja hallintaa. Lisäksi ehdotamme, että aivojen fysiologisen aktivaation ja motorisen ohjauksen kinematiikka heijastelevat suorituskyvyn muutokset voivat liittyä muutoksiin sairastuneiden yläraajojen käytössä MAL- ja WMFT-indeksillä. Tämä kumppaniprojekti on innovatiivinen siinä mielessä, että se edustaa ensimmäistä yritystä korreloida psykofyysisten tutkimusten tuloksia tavoittamiseen ja toimiin tarttumiseen liittyvien toimien "hallinnasta" neuroimaging-tutkimuksiin (fMRI), joiden tarkoituksena on korostaa "keskusmotoriikkasarjan" vaikutusta (Winstein et al. , 2000) käyttäen toistettujen mittausten suunnittelua (3 toistettua testiä) ryhmän välisellä tekijällä (käsitelty ja käsittelemätön kontrolliryhmä). Tämä tutkimus täydentää nykyistä tutkimusta aivojen toiminnan muutosten selvittämisessä käyttämällä erilaisia ​​motorisia aktivointitehtäviä ja olosuhteita, jotka on suunnattu antamaan tiedettä tämän kliinisesti perustuvan terapian tutkimiseen.

Tällä ehdotuksella aiomme arvioida muutoksia hermoaktivaatiossa (kortikaalisessa uudelleenjärjestelyssä) ja CI-terapiaan suoraan liittyvien tavoittamis- ja tarttumistoimintojen motorisessa ohjauksessa verrattuna tavanomaiseen ja tavanomaiseen hoitoon. Nämä kokeet tehdään eri päivänä perus-, jälki- ja 6 kuukauden seurantatesteistä, mutta ne ajoitetaan viikon sisällä kyseisistä testeistä. Tämän suunnittelun avulla voimme tutkia fysiologisia hermopiirejä ja motorisia ohjausmuuttujia, jotka välittävät odotettavissa olevaa käyttäytymismuutosta, joka liittyy CI-hoitoon (hoidettu ryhmä) ja tavanomaiseen ja tavanomaiseen hoitoon (viivästetty interventioryhmä), ja luonnehtia tämän muutoksen pysyvyyttä alaryhmässä. - akuutista aivohalvauksesta selviytyneet, joilla on suhteellisen pieniä vaurioita ja kykyä liikuttaa rannetta ja sormia hemipareettisella puolella.