Stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS) per promuovere il recupero della mano nell'ictus (rTMS)

La ricerca proposta approfondisce il problema dell'emiparesi a seguito di ictus. Questo problema devasta la qualità della vita di migliaia di persone ogni anno. Il cervello mostra una notevole capacità di riorganizzazione in determinate condizioni, anche dopo un ictus. Sfortunatamente, alcuni cambiamenti sono disadattivi e lasciano l'individuo con un'ulteriore perdita di funzionalità oltre a quella causata direttamente dal danno ischemico. In particolare, i motoneuroni nell'emisfero ipsilesionale (ictus) che sono sopravvissuti all'ictus possono subire una perdita di eccitabilità a causa dell'esagerata inibizione interemisferica loro imposta dai neuroni nell'emisfero controlesionale (non ictus) attraverso le vie transcallosali. Fortunatamente, la riorganizzazione disadattativa è reversibile, anche nell'ictus cronico, attraverso i paradigmi dell'uso forzato e dell'apprendimento forzato con l'arto paretico. Ma noi postuliamo che l'efficacia dell'allenamento comportamentale possa essere ampiamente migliorata se combinata con un intervento elettrofisiologico che influisce anche sull'eccitabilità neurale. La stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS) è un modo potente e non invasivo per influenzare l'eccitabilità del cervello. rTMS, a basse frequenze di stimolazione, deprime la funzione neurale. Stimolando la corteccia motoria controlesionale a bassa frequenza, deprimendo così l'inibizione interemisferica, viene indotto un effetto eccitatorio netto (disinibizione) sulla corteccia motoria ipsilesionale. Inoltre, è stato dimostrato negli animali e negli esseri umani sani che l'effetto depressivo sull'emisfero stimolato può essere amplificato facendo precedere la rTMS a bassa frequenza con la rTMS di "priming" a 6 hz. Chiameremo questa disposizione rTMS a bassa frequenza innescata a 6 Hz. Noi sosteniamo che combinando la rTMS a bassa frequenza innescata a 6 Hz con l'addestramento all'apprendimento motorio comportamentale si possono ottenere miglioramenti senza precedenti nel recupero dall'emiparesi. Abbiamo recentemente dimostrato la sicurezza di un singolo trattamento di rTMS a bassa frequenza innescato a 6 Hz nell'ictus, ma esiste ancora un ampio divario nella conoscenza nel non conoscere l'effetto dei trattamenti seriali di rTMS a bassa frequenza innescata a 6 Hz combinati con l'apprendimento motorio formazione. Il fallimento nell'affrontare questa lacuna perpetua solo l'uso di strategie conservative nella riabilitazione dell'ictus, che possono privare le persone del loro pieno recupero possibile.

Il nostro obiettivo a lungo termine è massimizzare il recupero motorio dopo l'ictus. L'obiettivo di questa proposta è integrare gli effetti di eccitabilità indotti esogenamente da rTMS con quelli prodotti endogenamente dall'apprendimento motorio per produrre un effetto interattivo potente ma sicuro che porti a un migliore recupero dall'emiparesi. L'ipotesi centrale è che i trattamenti seriali di rTMS a bassa frequenza innescati a 6 Hz combinati con l'allenamento dell'apprendimento motorio saranno efficaci e sicuri. Il nostro team di ricerca è qualificato in modo univoco per eseguire questo progetto grazie a 1) formazione speciale in rTMS intrapresa dal PI nel laboratorio di un leader internazionale in rTMS, 2) partecipazione di questo leader come consulente, 3) partecipazione di un neuroscienziato con esperienza nella neuroplasticità dell'ictus come consulente, 4) partecipazione di un esperto riconosciuto in malattie cerebrovascolari come co-ricercatore, 5) conduzione dello studio presso il Centro di ricerca clinica generale dell'Università del Minnesota per massimizzare la protezione dei pazienti e 6) inclusione del Centro per la ricerca sulla risonanza magnetica per lo studio della riorganizzazione cerebrale.

Gli obiettivi specifici di questo progetto sono:

Obiettivo specifico n. 1. Determinare l'efficacia dell'utilizzo di trattamenti seriali di rTMS a bassa frequenza innescata a 6 Hz, in isolamento e in combinazione con l'allenamento dell'apprendimento motorio, per migliorare la funzione della mano nell'ictus.

Quaranta soggetti con ictus (con movimento parziale nella mano debole, in grado di camminare per 100 piedi, in grado di seguire le indicazioni, nessuna storia di convulsioni, nessun dispositivo medico o metallo incompatibile con la risonanza magnetica) saranno assegnati in modo casuale in numero uguale a uno dei quattro gruppi di trattamento : Il gruppo rTMSonly riceverà 5 trattamenti di rTMS nell'area motoria primaria (M1) dell'emisfero controlesionale consistente in 10 min. di 6-Hz ("priming") rTMS al 90% della soglia motoria a riposo interrotta in 20 treni della durata di 5 s con intervalli di 25 s tra i treni seguiti immediatamente da 10 min aggiuntivi. di 1-Hz ("bassa frequenza") rTMS continuamente al 90% della soglia motoria a riposo. I trattamenti saranno a giorni alterni per due settimane. Il gruppo Trackonly riceverà 5 trattamenti di addestramento computerizzato per il tracciamento delle dita a giorni alterni per due settimane. Il gruppo rTMScombined riceverà lo stesso rTMS del gruppo rTMSonly e sarà alternato con lo stesso training di tracciamento del gruppo Trackonly fino a quando non saranno trascorsi 5 giorni di ciascuno in un periodo di due settimane. Il gruppo rTMSsham riceverà le stesse procedure rTMS, incluso un suono simile, ma non si verificherà alcuna stimolazione magnetica. I quattro trattamenti hanno un disegno fattoriale 2x2, con rTMS e tracciamento come fattori, che consente la stima di eventuali effetti sinergici di rTMS combinati con il tracciamento. I miglioramenti comportamentali nella mano paretica saranno misurati con test di prensione/destrezza delle dita, accuratezza del tracciamento delle dita, autovalutazioni del soggetto e valutazioni dell'esaminatore. Le ipotesi di lavoro sono:

1. il gruppo rTMScombined mostrerà miglioramenti maggiori nella funzione della mano paretica rispetto ai gruppi rTMSonly e Trackonly al posttest e al follow-up di un mese, e
2. i gruppi rTMSonly e Trackonly mostreranno maggiori miglioramenti rispetto al gruppo rTMSsham.

Obiettivo specifico n. 2. Esplora il meccanismo neurale associato all'rTMS a bassa frequenza innescato a 6 Hz combinato con l'addestramento al monitoraggio.

Dopo i trattamenti descritti nell'Obiettivo #1, l'eccitabilità di M1 sarà misurata con test TMS a impulsi accoppiati nell'emisfero ipsilesionale. Questo test consentirà di esaminare sia l'inibizione che l'eccitazione corticale. Inoltre, la riorganizzazione cerebrale associata all'attivazione volontaria sarà misurata con MRI funzionale fornendo dati sul volume e sull'intensità del segnale dei voxel attivi durante il tracciamento delle dita paretiche. Le ipotesi di lavoro sono:

1. il gruppo rTMScombinato mostrerà maggiori aumenti dell'eccitabilità corticale e della riorganizzazione cerebrale nell'emisfero ipsilesionale rispetto ai gruppi rTMSonly e Trackonly al posttest e al follow-up di un mese,
2. i gruppi rTMSonly e Trackonly mostreranno incrementi maggiori rispetto al gruppo rTMSsham.

Obiettivo specifico n. 3. Determinare la sicurezza dei trattamenti seriali rTMS a bassa frequenza innescati a 6 Hz nell'ictus.

Associati ai trattamenti descritti nell'obiettivo n. 1, gli effetti avversi saranno misurati attraverso l'osservazione delle convulsioni al momento del trattamento. I test neurocognitivi misureranno l'umore, la comprensione verbale, l'organizzazione percettiva, la memoria di lavoro e la velocità di elaborazione. Inoltre, un test di tracciamento delle dita misurerà il controllo motorio nella mano non paretica. L'ipotesi di lavoro è:

1. cinque trattamenti rTMS a bassa frequenza innescati a 6 Hz, somministrati da soli o in combinazione con l'addestramento all'apprendimento motorio, non produrranno alcuna attività convulsiva o altri gravi effetti avversi.