Correlati cerebrali e comportamentali della riabilitazione del braccio (BCAR)

SCOPO DELLO STUDIO E BACKGROUND

1. Obiettivi specifici e scopo dello studio: nel complesso, questa proposta consiste nell'utilizzare tecniche di neuroimaging di analisi del movimento tridimensionale e risonanza magnetica (fMRI) per esaminare l'attività cerebrale e i cambiamenti del comportamento motorio associati alla terapia indotta da costrizione (CI) per i pazienti con ictus subacuto. Questo progetto è uno studio complementare allo studio clinico randomizzato multicentrico recentemente finanziato (HD37606-01), Extremity Constraint-Induced Therapy Evaluation (EXCITE). Questo progetto integra EXCITE sondando i meccanismi alla base dell'intervento clinico nella riabilitazione dell'ictus. Tuttavia, poiché l'iscrizione a EXCITE è stata completata, registreremo un nuovo gruppo di partecipanti.

A. OBIETTIVI SPECIFICI:

1. Determinare la relazione tra la dimensione della lesione e la posizione valutata utilizzando la risonanza magnetica volumetrica 3-D e l'esito funzionale (cioè controllo motorio e uso funzionale) come conseguenza della terapia CI.
2. Determinare gli effetti della terapia CI sul controllo delle azioni di raggiungimento e presa valutate utilizzando la cinematica comportamentale.
3. Determinare gli effetti della terapia CI sul substrato neurale (rete sensomotoria) come valutato mediante fMRI durante le attività di mira e presa mirate all'obiettivo (eseguite come attività di attivazione nello scanner).
4. Determinare la persistenza e/o la stabilità di questi cambiamenti nel controllo motorio, nel substrato neurale e nell'uso funzionale dell'arto superiore nell'ictus con terapia CI 6 mesi dopo.

A.1: Le ipotesi di lavoro specifiche per ciascun obiettivo sono:

Per lo scopo specifico n. 1, Ipotesi 1: ci sarà una relazione prevedibile tra posizione, dimensione e risultato funzionale della lesione dalla terapia con CI. Quelli con lesioni specifiche della corteccia sensomotoria (MI, SI) mostreranno una risposta più scarsa rispetto a quelli con lesioni confinate alle regioni sottocorticali (ad esempio, arto posteriore della capsula interna, sostanza bianca sottocorticale o base pontis, aree pontine paramediane) controllate per le dimensioni della lesione . Un presupposto di lavoro alla base di questa ipotesi è che ci sarà un effetto differenziale della terapia CI con lesioni dell'area sensomotoria subcorticale rispetto a quella corticale. Ipotesi 2: le differenze tra i gruppi (trattati vs non trattati) saranno maggiori in quelli con lesioni sottocorticali rispetto a quelli con lesioni dell'area sensomotoria corticale, controllate per dimensione della lesione, al punto temporale post-test/intervento.

Per l'obiettivo specifico n. 2, Ipotesi 1: la terapia CI gioverà al controllo delle azioni di raggiungimento e presa attraverso i cambiamenti nella durata del trasporto (del braccio), la tempistica dell'apertura del picco, la velocità di trasporto del picco e l'uniformità sia della componente di estensione che di presa per la presa oggetti di dimensioni diverse e raggiungere distanze diverse. L'ipotesi n. 2 è che il cambiamento nel controllo motorio delle azioni di raggiungimento e presa dalla linea di base al punto temporale post-test/intervento sarà maggiore nel gruppo trattato rispetto al gruppo non trattato. L'ipotesi n. 3 è che questi cambiamenti nel controllo motorio saranno correlati con i cambiamenti nell'uso reale dell'arto superiore come indicizzato dal Motor Activity Log (MAL) e dal Wolf Motor Function Test (WMFT).

Per l'obiettivo specifico n. 3, Ipotesi 1: la terapia CI comporterà una diminuzione dell'attivazione dell'emisfero ipsilaterale e un'estensione e/o un aumento dell'intensità di specifiche regioni di interesse (ROI) nella rete sensomotoria controlaterale (affetta) con la terapia CI. Nello specifico, e in relazione alla pianificazione di azioni manuali più complesse (ad es. presa di precisione), le ROI specifiche che mostreranno il cambiamento di intensità e/o estensione includono la corteccia motoria primaria (MI), la corteccia sensoriale primaria (S1), la corteccia motoria supplementare area (SMA) e area premotoria (PM). L'ipotesi n. 2 è che il cambiamento nell'attivazione della ROI dal basale al punto temporale post-test/intervento sarà maggiore nel gruppo trattato rispetto al gruppo non trattato. Ipotesi 3: la presenza di un'estensione espansa e/o un'attivazione più intensa in queste ROI dell'emisfero controlaterale sarà correlata con i cambiamenti nell'uso reale dell'arto superiore come indicizzato dal MAL e dal WMFT.

Per l'obiettivo specifico n. 4, Ipotesi 1: la persistenza di questi cambiamenti nel controllo motorio da portata a presa (cinematica comportamentale), l'estensione/intensità ampliata delle ROI della rete sensomotoria (fMRI) e l'uso funzionale (MAL e WMFT) saranno dimostrati attraverso il confronto dei gruppi trattati e non trattati (intervento ritardato) al punto di follow-up di 6 mesi. È possibile che le differenze tra i gruppi al punto di 6 mesi possano essere maggiori rispetto al punto post-test/intervento, in particolare se l'uso funzionale continua a migliorare nel gruppo trattato.

2. Contesto e significato: l'ictus è la principale causa di disabilità tra gli adulti americani. Ogni anno negli Stati Uniti, circa 750.000 persone soffrono di ictus e di queste, quasi 400.000 sopravvivono con un certo livello di compromissione neurologica e disabilità. Il totale cumulativo degli americani viventi colpiti da ictus è di quasi 3 milioni. Trenta miliardi di dollari all'anno è l'onere stimato dalla disabilità correlata all'ictus. Nonostante l'enormità di queste statistiche, non ci sono stati quasi studi scientifici sull'efficacia degli interventi di riabilitazione post-ictus. Di conseguenza, le linee guida di pratica clinica recentemente pubblicate per la riabilitazione post-ictus (Gresham et al., 1995) sono state costrette a basarsi principalmente sull'opinione di esperti e non su studi scientifici ben controllati.

Un nuovo approccio terapeutico alla riabilitazione del movimento dopo l'ictus, chiamato terapia del movimento indotta da costrizione (CI), è stato derivato dalla ricerca di base con scimmie sottoposte a deafferentazione somatosensoriale (Taub, 1980). La terapia del movimento CI consiste in una famiglia di terapie; il loro elemento comune è che inducono i pazienti colpiti da ictus ad aumentare notevolmente l'uso di un braccio e di una mano colpiti per molte ore al giorno per un periodo di 10-14 giorni consecutivi. L'intervento di firma comporta la limitazione motoria del braccio meno colpito in una fionda o guanto e l'allenamento del braccio interessato. Le terapie comportano grandi cambiamenti nella quantità di utilizzo del braccio interessato nelle attività della vita quotidiana al di fuori della clinica che sono persistite per i 2 anni misurati fino ad oggi (Morris et al., 1997; Taub & Wolf, 1997; Taub et al., 1994; Taub et al., 1993; Wolf et al., 1989). La ricerca precedente non ha mai portato ad alcun effetto negativo della contenzione sul "buon braccio/mano".

Vi sono prove crescenti della riorganizzazione corticale che accompagna il recupero del controllo motorio dopo l'ictus e, recentemente, cambiamenti simili sono stati dimostrati in relazione alla terapia CI nell'ictus cronico (Liepert et al., 2000). Sembra esserci una relazione tra la dimensione e la localizzazione della lesione e la natura di questa riorganizzazione così come il decorso temporale di questa riorganizzazione (Azari & Seitz, 2000). Il fatto che la terapia (uso forzato) possa influenzare questa riorganizzazione, come rivelato dal lavoro sui primati sub-umani (Nudo et al., 1996a,b) suggerisce che ci sarebbero differenze nel cambiamento nei modelli di attivazione corticale per raggiungere e afferrare compiti da dalla linea di base ai punti temporali post-test/intervento tra i soggetti trattati e non trattati nel nostro progetto proposto. Inoltre, e in relazione alla rete neurale per il controllo delle azioni di raggiungimento e presa uni-manuali, è stato dimostrato che l'attivazione dell'emisfero ipsilaterale (o bilaterale) è un corollario della complessità del compito, del set motorio e dello sforzo eccessivo (Winstein et al., 1997; Chen et al., 1997a, 1997b; Beltramello et al., 1998; Doyon et al., 1998; Winstein et al., 2000). Gli effetti del set motorio sono stati dimostrati in modo più coerente nella letteratura sul controllo motorio confrontando condizioni di ordine prevedibili e imprevedibili. In una condizione imprevedibile, il set motorio si basa su un piano di "ipotesi migliore" e i parametri predefiniti sono selezionati in base alla gamma di possibili risposte (vedi Winstein et al., 2000, per gli effetti del set motorio nelle risposte di presa innescate). Al contrario, in condizioni di attività prevedibili, è abilitato un piano più preciso e sintonizzato poiché la risposta esatta può essere pianificata in anticipo (Velicki et al., 2000). Pertanto, ipotizziamo che man mano che le azioni di raggiungere e afferrare migliorano con la pratica, la "complessità del compito" sarà ridotta, gli effetti del set motorio saranno migliorati (cioè, il compito è pianificato ed eseguito più facilmente, con una minore richiesta cognitiva, Lee et al. , 1994), e dovrebbe esserci una concomitante riduzione dell'estensione dell'attività neurale omolaterale (bilaterale) per i movimenti degli arti interessati. Allo stesso tempo, e coerentemente con la riorganizzazione corticale dipendente dall'uso, man mano che l'abilità (apprendimento) migliora, ci dovrebbe essere un'espansione o una maggiore intensità di attivazione nelle appropriate reti neurali controlaterali delle azioni di raggiungimento e presa, in particolare nelle regioni di interesse tra cui M1 , S1, SMA e PM. Questi argomenti forniscono la logica per l'Obiettivo Specifico n. 3 per determinare i cambiamenti, come conseguenza della terapia IC, nella rete corticale sensomotoria attraverso la fMRI correlata agli eventi durante specifici compiti di raggiungimento e presa, e le nostre ipotesi associate.

Per estensione logica, suggeriamo che gli effetti della terapia CI sul controllo delle azioni di raggiungimento e presa degli arti superiori possono essere indicizzati sia a livello di pattern di attivazione neurale corticale (fMRI) che di cinematica comportamentale e in relazione a ben note leggi psicofisiche del movimento apprendimento e controllo. Inoltre, suggeriamo che i cambiamenti nelle prestazioni riflessi dall'attivazione fisiologica del cervello e dalla cinematica del controllo motorio possano essere correlati ai cambiamenti nell'uso dell'arto superiore interessato come indicizzato da MAL e WMFT. Questo progetto di accompagnamento è innovativo in quanto rappresenta il primo tentativo di correlare i risultati degli studi psicofisici sul "controllo" delle azioni di raggiungimento e presa con gli studi di neuroimaging (fMRI) progettati per evidenziare l'effetto del "set motorio centrale" (Winstein et al. , 2000) utilizzando un disegno a misure ripetute (3 test ripetuti) con un fattore tra gruppi (gruppo di controllo trattato e non trattato). Questo studio integra la ricerca attuale nell'esplorazione dei cambiamenti dell'attività cerebrale utilizzando diversi compiti e circostanze di attivazione motoria che sono orientati a prestare la scienza all'esame di questa terapia su base clinica.

Con questa proposta, intendiamo valutare i cambiamenti nell'attivazione neurale (riorganizzazione corticale) e nel controllo motorio delle azioni di raggiungimento e presa che riguardano direttamente la terapia CI rispetto a quella associata alle cure standard e consuete. Questi esperimenti verranno eseguiti in un giorno separato dai test di riferimento, post-test e di follow-up a 6 mesi, ma saranno programmati entro 1 settimana da tali test. Questo disegno ci consente di esplorare i circuiti neurali fisiologici e le variabili di controllo motorio che mediano il cambiamento comportamentale atteso associato alla terapia CI (gruppo trattato) e alle cure standard e consuete (gruppo di intervento ritardato) e caratterizzare la persistenza di tale cambiamento in un gruppo di sub -sopravvissuti a ictus acuto che hanno lesioni relativamente piccole e una certa capacità di muovere il polso e le dita sul lato emiparetico.