Approccio all'apprendimento motorio con aumento dell'errore nei pazienti con ictus

Il recupero del movimento dell'arto superiore dopo l'ictus è incompleto. L'ictus è una delle principali cause di disabilità sensomotoria a lungo termine, compresi i deficit persistenti nella funzione dell'arto superiore (UL). Capire come migliorare il recupero UL è una delle principali priorità scientifiche, cliniche e dei pazienti. Tuttavia, nonostante i numerosi studi che tentano di identificare gli interventi riabilitativi più efficaci basati su principi consolidati di apprendimento motorio e plasticità neurale, il recupero post-ictus rimane incompleto. Infatti, anche con la terapia, i deficit sensomotori dell'UL persistono in un'ampia percentuale (fino al 62%) dei sopravvissuti all'ictus per > 6 mesi, portando a un elevato carico socio-economico.

DISTURBI DEL CONTROLLO MOTORIO: Una conseguenza del deficit di controllo sottostante dopo l'ictus è l'emiparesi, caratterizzata da una ridotta capacità di reclutare muscoli agonisti, attivazione muscolare indesiderata/inappropriata (cioè spasticità, co-contrazione muscolare agonista e antagonista), tempi di attivazione muscolare anomali, debolezza e alterazioni delle proprietà delle fibre muscolari. Ciò porta a deficit nella capacità di isolare il movimento articolare e di combinare in modo appropriato articolazioni diverse per svolgere funzioni legate al compito. Abbiamo accumulato prove sostanziali che suggeriscono che i deficit di movimento e la spasticità sono associati a un comune deficit di controllo nella specificazione e regolazione delle soglie spaziali (ST) del riflesso di stiramento e di altri riflessi propriocettivi. Gli ST sono espressi nel dominio spaziale (angolare) piuttosto che temporale (latenza). La regolazione ST è un meccanismo consolidato di controllo dei riflessi di stiramento negli animali e dei riflessi e dei movimenti negli esseri umani.

DEFINIZIONE DI ST E MECCANISMI DI AZIONE: La soglia spaziale (ST) è l'angolo articolare in corrispondenza del quale i muscoli iniziano a essere reclutati e i riflessi posturali e altri riflessi iniziano ad agire. Spostando ST, il cervello reimposta i meccanismi di stabilizzazione della postura in una nuova posizione dell'arto o del corpo. Questi meccanismi si combinano per regolare le ST nei sistemi multimuscolari in base alla configurazione corporea e alle richieste del compito. L'ictus provoca deficit nella regolazione ST. Le lesioni del sistema nervoso centrale (SNC) che colpiscono i meccanismi discendenti e spinali e intrinseche portano a limitazioni nella regolazione ST. Di conseguenza, i movimenti passivi o attivi oltre la soglia angolare, ST (intervallo di spasticità), provocano un'attivazione muscolare riflessa anomala. L'ST è dipendente dalla velocità, riducendo l'intervallo di controllo attivo nei pazienti con ictus e la loro capacità di eseguire movimenti più rapidi.

APPROCCIO DI INTERVENTO: il nostro approccio è progettato per aumentare la gamma di movimento del gomito senza riflessi durante l'ictus. L'adattamento del movimento del gomito a un nuovo carico (cioè la capacità di correggere gli errori) nei pazienti con ictus cronico è stato sostanzialmente migliorato quando il movimento è stato eseguito all'interno del range di controllo attivo (dove la spasticità non ha influenzato la contrazione muscolare) rispetto a quando il movimento era libero da riflessi intervallo non è stato identificato. Di conseguenza, il potenziale per l'apprendimento motorio può essere migliorato considerando la gamma di movimenti del gomito alterati in prove adeguatamente progettate. Per evitare di suscitare movimenti eseguiti con modelli di attivazione muscolare anormali e altre compensazioni (cattiva plasticità), i programmi di allenamento saranno adattati alla capacità di movimento dell'individuo e incorporeranno approcci che quantificano e ampliano la gamma articolare realizzata con modelli di attivazione muscolare tipici. In questa proposta, utilizzeremo un robot e una nuova interfaccia di apprendimento VR per manipolare la capacità di produrre movimenti controllati al gomito, che è una menomazione comune nelle persone con ictus da moderato a grave. L'approccio di formazione personalizzato proposto si concentra sulla fornitura di feedback specifici per aumentare la gamma di regolazione ST di un individuo.

FEEDBACK DI AUMENTO DI ERRORE (EA): il feedback di aumento di errore verrà utilizzato per aumentare la zona ST di controllo attivo del gomito. EA utilizza l'apprendimento basato sull'errore intrinseco per migliorare la capacità del sistema nervoso centrale di trarre vantaggio dalla ridondanza cinematica e trovare soluzioni significative per le attività motorie. In particolare, ai soggetti viene fornito un feedback che migliora i loro errori motori. È stato dimostrato che la manipolazione dei segnali di errore stimola il miglioramento sensomotorio UL sia nei soggetti sani che in quelli colpiti da ictus, con maggiori guadagni di apprendimento che si verificano quando gli errori sono maggiori. Il feedback EA verrà utilizzato per rimappare dinamicamente l'intervallo di controllo del gomito attivo. Il feedback visivo sull'angolo del gomito verrà modificato, per far sembrare che il gomito si muova meno che nella realtà. Pertanto, quando il gomito effettivo si muove, il soggetto percepisce che il gomito si è mosso di meno e tenta di correggere l'errore estendendo ulteriormente il gomito. L'intervallo di controllo attivo verrà ampliato facendo lavorare i soggetti vicino o appena al limite del loro raggio ST. La rimappatura della relazione percezione/azione si verificherà quando il feedback afferente si assocerà a un maggiore angolo del gomito. Dato il ruolo chiave degli errori nell'apprendimento motorio, aumentare artificialmente l'errore di prestazione tramite EA aumenterà la gamma di controllo attivo di ogni individuo e farà sì che l'apprendimento avvenga più rapidamente.

IMPATTO SULLA RIABILITAZIONE: i risultati costruiranno conoscenze che possono guidare i medici ei loro pazienti nell'identificare il miglior tipo di formazione per il recupero funzionale UL - una componente essenziale della reintegrazione nelle attività della vita quotidiana. I risultati possono anche supportare un cambio di paradigma nella pratica clinica, incoraggiando i professionisti della riabilitazione a prendere in considerazione opzioni di intervento personalizzate per migliorare i risultati. L'aumento delle opzioni terapeutiche può anche contribuire a un'assistenza personalizzata adattata alle esigenze particolari del paziente e portare a migliori risultati funzionali.

Obiettivo 1 - Determinare l'efficacia dell'esercizio personalizzato utilizzando EA per espandere la gamma di controllo attivo del gomito nei soggetti post-ictus. Ipotesi 1: il feedback intrinseco sull'errore di movimento al gomito porterà a una rimappatura dinamica dei meccanismi di controllo a livello muscolare e migliorerà la gamma di movimento attivo dell'articolazione del gomito. Ipotesi 2: i soggetti che praticano con EA saranno in grado di incorporare la maggiore estensione dell'articolazione del gomito nei movimenti di raggiungimento funzionali, come riflesso in migliori risultati clinici.

Obiettivo 2 - Determinare la dose ottimale specifica del paziente di esercizio intensivo per massimizzare il recupero motorio del braccio. Ipotesi 3: l'aumento della dose di allenamento porterà a migliori risultati cinematici e clinici e a un migliore apprendimento motorio.

Obiettivo 3 - Correlare la quantità di danno CST al recupero UL sulla base di misure cinematiche e cliniche. Ipotesi 4: un maggiore danno CST sarà correlato con un apprendimento motorio e risultati clinici inferiori.

Due gruppi, durata della formazione,

DURATA DELL'ALLENAMENTO: 54 soggetti eseguiranno circa 30 min/sessione di raggiungimento dell'obiettivo con il braccio interessato. Per controllare l'intensità, la pratica sarà estesa al tempo necessario per completare 138 allungamenti/sessione con 6-10 secondi tra gli allungamenti. Le sessioni verranno eseguite 3 volte a settimana per 9 settimane (ovvero 27 sessioni, 810 minuti, 3.726 prove) - considerato esercizio ad alta intensità come raccomandato dalla Tavola rotonda per il recupero e la riabilitazione dell'ictus. Le misure cinematiche e cliniche saranno effettuate prima (PRE), dopo 3 (POST3), 6 (POST6) e 9 settimane (POST9) e dopo un follow-up di 4 settimane (FOLL-UP).

DIMENSIONE DEL CAMPIONE: La minima differenza clinica importante (MCID) della misura dell'esito primario (ST) è stata utilizzata per calcolare la dimensione del campione. L'MCID della ST è stato determinato a 18,07° utilizzando un metodo basato sull'ancora (modifica in FMA> MCID 5,25). Considerando un livello α del 5% e una potenza del 95% (dimensione dell'effetto=1,39) per rilevare le differenze utilizzando un modello misto ANOVA (G*Power 3.1.9.4), la dimensione minima del campione è 21/gruppo. La dimensione del campione è stata aumentata a 27 per gruppo considerando un tasso di abbandono del 25% data la necessità di partecipare a più sessioni di formazione/valutazione per una coorte finale di 54 soggetti.

ANALISI STATISTICA: Metteremo in relazione i cambiamenti nel comportamento motorio con lo stato clinico iniziale (PRE) e con i cambiamenti post-trattamento (POST) in 3 punti temporali (POST1, POST2, POST3) e al follow-up (FOLL-UP). Gli approcci statistici si basano sull'analisi intent-to-treat. L'analisi descrittiva/distributiva evidenzierà le principali caratteristiche demografiche e cliniche e controllerà le differenze negli indicatori prognostici di base tra i gruppi. Per Ogg. 1-3, utilizzeremo un modello misto di misure ripetute ANOVA per gli esiti primari e secondari in cui il modello include un fattore tra soggetti - gruppo con 2 livelli (EA, nessun EA) e un fattore entro soggetti - tempo (5 livelli) , utilizzando punteggi di modifica normalizzati (ad esempio, POST-PRE/PRE; FOLL-UP-PRE/PRE). Considereremo significativi i cambiamenti negli esiti primari e secondari se i loro intervalli di confidenza al 95% (CI) superano gli MCID per ciascuna misura. Per controllare la lesione %CST come potenziale fattore di confusione, eseguiremo un'ANCOVA parallela utilizzando %CST come covariata. Ciò aumenterà il potere statistico e si adeguerà alle differenze del gruppo di base stimando una differenza imparziale sugli esiti primari. Questo disegno di studio è stato utilizzato nel nostro precedente RCT. Per l'area di lavoro del braccio attivo, la significatività sarà indicata da una variazione >10% dell'area PRE-test, sulla base di un aumento del TSRT di almeno 18°. Per il range di movimento del gomito, un cambiamento significativo sarà pari al 15% del range pre-test. Per gli esiti secondari, verranno utilizzati i valori MCID se noti. Per le misure per le quali gli MCID non sono noti, considereremo un cambiamento minimamente significativo > 15% del valore pre-test. L'analisi di regressione lineare multipla su dati aggregati identificherà le relazioni tra soggetti con diversi livelli di compromissione clinica iniziale (% lesione CST) e misure di esito primarie e secondarie. Tutte le analisi considereranno il sesso come un fattore confondente. Mentre gli uomini hanno una maggiore incidenza di ictus aggiustata per età, le donne sperimentano ictus più gravi e hanno una mortalità a breve termine più elevata. Una migliore comprensione dell'influenza del sesso sugli interventi terapeutici può portare a una migliore gestione dell'ictus. Per tutti i modelli verranno esaminati i residui grafici per verificarne linearità, normalità e omoschedasticità. La co-linearità sarà valutata sulla base della tolleranza, della variazione dell'inflazione e degli autovalori. Saranno esaminati i coefficienti di correlazione parziale e standardizzati (beta) per dimostrare quali variabili esplicative hanno un effetto maggiore sulla variabile dipendente nei modelli di regressione multipla. Per ogni risultato, la variabilità sarà stimata sulla base di IC al 95%. I dati mancanti verranno controllati per modelli non casuali.

GESTIONE DELLA PROVA: La gestione quotidiana della prova sarà di competenza del comitato direttivo (Levin, Archambault, Piscitelli). La randomizzazione sarà effettuata da Levin. Il coordinamento del processo e il trattamento dei dati saranno curati da Piscitelli. Il team ha competenze complementari direttamente rilevanti per la proposta e una vasta esperienza nella conduzione di ricerche sull'ictus. Un ex paziente (GG) che ha partecipato ai nostri studi precedenti contribuirà a valutare la fattibilità e l'accettabilità della tecnologia e del protocollo, compresi i test clinici e cinematici. Piscitelli coordinerà il processo, aiuterà a supervisionare gli studenti e si occuperà della gestione quotidiana. Prevost (coordinatore della ricerca clinica) recluterà e valuterà i pazienti da 3 centri all'interno del CRIR. Levin e Wien hanno esperienza nell'imaging e Feldman nel controllo motorio. Wein è un neurologo dell'ictus presso l'MNI dove ha condotto diversi RCT. Trivino (fisioterapista) ha partecipato a diversi progetti di ricerca clinica presso il JRH utilizzando la riabilitazione supportata dalla tecnologia in pazienti con ictus. Berman (ingegnere della riabilitazione) ha progettato l'intervento robotico/VR e ha condotto gli studi di fattibilità iniziali con Levin. Diffonderemo i risultati ai team per l'ictus presso gli ospedali affiliati al CRIR attraverso presentazioni in servizio e discuteremo i problemi di misurazione e gestione dell'UL. Gli strumenti di diagnostica per immagini e le conoscenze sul controllo motorio saranno condivisi con ricercatori, medici e pazienti. La fattibilità dell'incorporazione della tecnologia sviluppata in contesti clinici sarà valutata con i medici Trivino e Wein e il paziente GG.