Condizionamento operante per la neuromodulazione

Lo scopo di questo studio è quello di indagare la neuromodulazione come nuovo approccio per migliorare la riabilitazione per le persone che hanno una compromissione del movimento degli arti superiori dopo lesioni neurologiche come ictus o lesioni del midollo spinale. Prove emergenti dimostrano che gli animali e le persone possono esercitare il controllo sul livello di eccitabilità nei percorsi neurali che contribuiscono al movimento. Questa scoperta ha implicazioni importanti, in quanto rappresenta una nuova strategia per migliorare il controllo motorio nelle persone di tutti i livelli di abilità, comprese quelle con condizioni neurologiche. Il condizionamento operante è un meccanismo di apprendimento ben studiato, in cui la modifica di un comportamento può essere determinata dalla conseguenza del comportamento. I comportamenti premiati con rinforzi positivi vengono visualizzati più frequentemente. Negli ultimi anni, il condizionamento operante è stato applicato alle risposte del riflesso spinale in topi, ratti, scimmie e persone. Le prove suggeriscono che è possibile aumentare o diminuire l'eccitabilità di un circuito neurale, stimolando elettricamente un nervo o un'area del cervello, quindi registrando la risposta muscolare e le risposte gratificanti che rientrano in un intervallo desiderabile. Ciò può alterare il livello del tono muscolare a riposo, così come il contributo del muscolo ai movimenti intenzionali e la sua prontezza a rispondere a perturbazioni impreviste. Ad oggi, solo un gruppo di ricerca ha applicato il condizionamento operante per migliorare le prestazioni motorie nelle persone. Il loro lavoro si è concentrato sulla modifica dei riflessi spinali per un muscolo degli arti inferiori e sugli effetti sulla deambulazione. Nel progetto proposto, estenderemo l'uso del condizionamento operante ai muscoli dell'arto superiore e alle persone con compromissione del movimento a seguito di ictus e lesioni del midollo spinale, e ad un altro percorso neurale oltre al riflesso spinale.

Questo studio includerà le procedure necessarie per misurare l'eccitabilità del sistema nervoso a livello del midollo spinale ea livello del cervello. L'eccitabilità del riflesso spinale sarà quantificata stimolando elettricamente un nervo periferico e registrando la risposta muscolare (cioè il riflesso H) con l'elettromiografia. L'eccitabilità della via motoria dal cervello al muscolo (il tratto corticospinale) sarà quantificata stimolando un'area specifica del cervello (la corteccia motoria) con stimolazione magnetica transcranica e registrando la risposta muscolare (es. Il potenziale evocato motorio) con l'elettromiografia. Inoltre, verrà valutata la compromissione del movimento degli arti superiori misurando il tono muscolare, la sensazione, la capacità di generare forza e le prestazioni su un compito di controllo motorio del polso basato su computer. Nei soggetti che presentano condizioni neurologiche, la funzione dell'arto superiore sarà valutata utilizzando test standardizzati, tra cui il Fugl-Meyer una valutazione dell'estremità superiore, l'Action Research Arm Test e il Box and Blocks Test. Questo studio testerà l'efficacia del condizionamento operante come intervento per modificare l'eccitabilità neurale. Dopo il test di base, i soggetti parteciperanno a un massimo di 12 sessioni di intervento fittizio seguite da un massimo di 24 sessioni di intervento di condizionamento operante reale. Ogni sessione comprenderà 225 prove (3 serie da 75), della durata di circa 30 minuti. Per ogni prova durante l'intervento reale, verrà erogato uno stimolo mentre il soggetto mantiene una contrazione muscolare di basso livello, verrà registrata la risposta del muscolo alla stimolazione e verrà visualizzato un feedback immediato sullo schermo di un computer, mostrando al soggetto se la sua risposta muscolare è stata all'interno dell'intervallo desiderato o meno. Ad esempio, apparirà una barra verde se la risposta muscolare è stata 'buona', altrimenti apparirà una barra rossa. Anche la "percentuale di successo" del soggetto verrà visualizzata e aggiornata dopo ogni prova. Durante l'intervento fittizio, tutte le procedure saranno identiche tranne per il fatto che non verrà fornito alcun feedback al soggetto e non ci saranno istruzioni per aumentare o diminuire le risposte muscolari.

Nelle persone sane, mireremo a spostare l'eccitabilità del riflesso spinale (riflessi H) di un muscolo dell'arto superiore verso l'alto o verso il basso, espandendo i risultati precedenti che mostrano quegli effetti in un muscolo dell'arto inferiore, senza alcun effetto sulla normale capacità di movimento (Thompson et al. al., 2009, Makihara et al., 2014). Anche nelle persone sane, mireremo a spostare l'eccitabilità del pathway dal cervello al muscolo verso l'alto o verso il basso, utilizzando il condizionamento operante dei potenziali evocati motori. Solo uno studio precedente (Majid et al., 2015) ha dimostrato uno spostamento verso il basso e sono attualmente in corso i primi studi che indagano sulla capacità di aumentare i potenziali evocati motori. Le persone con condizioni neurologiche spesso hanno un aumento anomalo dell'eccitabilità del riflesso spinale che colpisce alcuni muscoli, con conseguente aumento del tono, rigidità e difficoltà di movimento. Pertanto, mireremo a ridurre l'eccitabilità del riflesso spinale nei muscoli iperattivi, suscitando riflessi H e risposte gratificanti che sono al di sotto di una soglia. Inoltre, le persone con condizioni neurologiche spesso hanno connessioni interrotte dal cervello ai muscoli, con conseguente debolezza (diminuita capacità di generare forza). Pertanto, mireremo ad aumentare l'eccitabilità del percorso dal cervello al muscolo, suscitando potenziali evocati motori e risposte gratificanti che sono al di sopra di una soglia.