腕のリハビリテーションと脳と行動の相関 (BCAR)

研究の目的と背景

1. 研究の具体的な目的と目的: 全体として、この提案は、三次元運動分析と磁気共鳴 (fMRI) ニューロイメージング技術を使用して、患者の拘束誘導 (CI) 療法に関連する脳活動と運動行動の変化を調べることです。亜急性脳卒中で。 このプロジェクトは、最近資金提供された多施設ランダム化臨床試験 (HD37606-01)、四肢拘束誘導療法評価 (EXCITE) のコンパニオン研究です。 このプロジェクトは、脳卒中リハビリテーションにおける臨床介入の根底にあるメカニズムを調査することにより、EXCITE を補完します。 しかし、EXCITEの登録が完了したため、新たに参加者を登録する予定です。

A. 具体的な目的:

1. CI 療法の結果として、3-D ボリューメトリック MRI と機能的転帰 (すなわち、運動制御と機能的使用) を使用して評価された病変のサイズと位置の関係を決定します。
2. 行動運動学を使用して評価されるように、到達および把握アクションの制御に対する CI 療法の効果を決定します。
3. 目標指向の照準および把握タスク (スキャナーでアクティベーション タスクとして実行) 中に fMRI を使用して評価されるように、神経基質 (感覚運動ネットワーク) に対する CI 療法の効果を決定します。
4. 運動制御、神経基質、および脳卒中の上肢の機能的使用におけるこれらの変化の持続性および/または安定性を決定し、6 か月後に CI 療法を行います。

A.1: 各目的の具体的な作業仮説は次のとおりです。

特定の目的 1、仮説 1 の場合: 病変の位置、サイズ、および CI 療法の機能的転帰の間には予測可能な関係があります。 特定の感覚運動皮質 (MI、SI) 病変を有するものは、皮質下領域 (例えば、内包の後肢、皮質下白質、または基底橋、傍正中橋領域) に限定された病変を有するものよりも反応が悪い。 . この仮説の根底にある作業仮説の 1 つは、皮質下と皮質の感覚運動野病変による CI 療法の効果に差があるということです。 仮説 2: グループ間の差 (治療 vs 未治療) は、皮質感覚運動野病変を有するものよりも皮質下病変を有するものの方が大きく、試験後/介入の時点で病変サイズが制御されます。

具体的な目的 2、仮説 1 の場合: CI 療法は、(腕の) 移動時間、最大開度のタイミング、最大移動速度、およびつかむためのリーチとつかみコンポーネントの両方の滑らかさの変化を通じて、到達およびつかみ動作の制御に利益をもたらします。さまざまなサイズのオブジェクトとさまざまな距離に到達します。 仮説 2 は、ベースラインからテスト後/介入時点までの到達および把握動作の運動制御の変化が、未治療群と比較して治療群で大きくなるというものです。 仮説 3 は、これらの運動制御の変化は、Motor Activity Log (MAL) および Wolf Motor Function Test (WMFT) によって指標付けされる、実際の上肢の使用の変化と相関するというものです。

特定の目的 3 について、仮説 1: CI 療法は、同側半球の活性化の減少、および CI 療法による対側 (影響を受ける) 感覚運動ネットワークにおける特定の関心領域 (ROI) の範囲の拡大または強度の増加をもたらします。 具体的には、より複雑な手の動作 (すなわち、正確な把握) の計画に関連するため、強度および/または程度の変化を示す特定の ROI には、一次運動皮質 (MI)、一次感覚皮質 (S1)、補足運動が含まれます。領域 (SMA)、および運動前野 (PM)。 仮説 2 は、ベースラインからテスト後/介入時点までの ROI 活性化の変化が、未治療群と比較して治療群で大きくなるというものです。 仮説 3: これらの対側半球 ROI における拡張範囲および/またはより強い活性化の存在は、MAL および WMFT によってインデックス化される上肢の実世界での使用の変化と相関します。

特定の目的 # 4、仮説 1 の場合: 到達把持運動制御 (行動運動学)、感覚運動ネットワーク ROI の拡張された範囲/強度 (fMRI)、および機能的使用 (MAL および WMFT) におけるこれらの変化の持続性は、比較を通じて実証されます。 6か月のフォローアップ時点での治療群と未治療（遅延介入）群の。 6 か月時点でのグループ間の差は、特に治療グループで機能的使用が改善し続けている場合、テスト/介入後ポイントよりも大きくなる可能性があります。

2. 背景と意義: 脳卒中は、アメリカの成人における身体障害の主な原因です。 米国では毎年、約 750,000 人が脳卒中を起こし、そのうち約 400,000 人が何らかのレベルの神経障害や障害を抱えて生きています。 生きている脳卒中の影響を受けたアメリカ人の累計は、約 300 万人です。 年間 300 億ドルが、脳卒中関連障害による推定負担です。 これらの統計の膨大さにもかかわらず、脳卒中後のリハビリ介入の有効性に関する科学的研究はほとんどありません。 その結果、最近出版された脳卒中後のリハビリテーションに関する臨床診療ガイドライン (Gresham et al., 1995) は、十分に管理された科学的研究ではなく、主に専門家の意見に頼らざるを得ませんでした。

脳卒中後の運動のリハビリテーションに対する新しい治療的アプローチは、拘束誘導 (CI) 運動療法と呼ばれ、体性感覚求心性障害を与えられたサルを用いた基礎研究から導き出されました (Taub, 1980)。 CI 運動療法は、一連の療法で構成されています。それらに共通する要素は、脳卒中患者が 10 ～ 14 日間連続して 1 日何時間も患部の腕と手の使用を大幅に増やすように誘導することです。 署名介入には、スリングまたはミットでの影響の少ない腕の運動制限と、影響を受けた腕のトレーニングが含まれます。 治療は、現在までに測定された2年間持続している、診療所の外での日常生活活動における患側の腕の使用量の大きな変化をもたらします(Morris et al., 1997; Taub & Wolf, 1997; Taub et al. al., 1994; Taub et al., 1993; Wolf et al., 1989)。 これまでの研究では、「良い腕/手」に対する拘束による悪影響はありませんでした。

脳卒中後の運動制御の回復に伴う皮質再編成の証拠が増えており、最近、慢性脳卒中の CI 療法に関連して同様の変化が実証されました (Liepert et al., 2000)。 病変のサイズと位置、およびこの再編成の性質と、この再編成の時間経過との間には関係があるようです (Azari & Seitz, 2000)。 ヒト以下の霊長類の研究 (Nudo et al., 1996a,b) によって明らかにされたように、治療 (強制使用) がこの再編成に影響を与える可能性があるという事実は、タスクに到達してタスクを把握するための皮質活性化パターンの変化に違いがあることを示唆しています。提案されたプロジェクトの治療を受けた被験者と未治療の被験者の間のテスト後/介入時点のベースライン。 さらに、片手で手を伸ばして握る動作を制御するためのニューラル ネットワークに関連して、同側 (または両側) の半球の活性化は、タスクの複雑さ、運動セット、および過度の努力の結果であることが示されています (Winstein et al., 1997; Chen et al., 1997a, 1997b; Beltramello et al., 1998; Doyon et al., 1998; Winstein et al., 2000)。 モーター セット効果は、予測可能な順序条件と予測不可能な順序条件を比較することによって、モーター制御の文献で最も一貫して実証されています。 予測不可能な状態では、運動セットは「最良の推測」計画に基づいており、デフォルトのパラメーターは可能な応答の範囲に基づいて選択されます (トリガーされた把握反応における運動セットの効果については、Winstein et al., 2000 を参照してください)。 対照的に、予測可能なタスク条件下では、正確な対応を事前に計画できるため、より正確で調整された計画が可能になります (Velicki et al., 2000)。 そのため、私たちは、手を伸ばして把握する動作が練習によって向上するにつれて、「タスクの複雑さ」が軽減され、運動セット効果が強化されると仮定しています (つまり、タスクがより簡単に計画および実行され、認知的要求が少なくなります、Lee et al. 、1994）、影響を受けた四肢の動きに対する同側（両側）の神経活動の程度に付随する減少があるはずです。 同時に、使用依存の皮質再編成と一致して、スキル (学習) が向上するにつれて、特に M1 を含む関心領域で、到達および把握動作の適切な反対側のニューラル ネットワークの活性化が拡大または増加するはずです。 、S1、SMA および PM 領域。 これらの議論は、CI療法の結果として、特定の到達および把握タスク中のイベント関連fMRIを介した感覚運動皮質ネットワークの変化、および関連する仮説を決定するための特定の目的＃3のロジックを提供します。

論理的な拡張により、上肢の到達動作と把持動作の制御に対する CI 療法の効果は、皮質神経活性化パターン (fMRI) と行動運動学の両方のレベルで、またよく知られている運動の精神物理学的法則に関連して指標付けできることを提案します。学習と制御。 さらに、生理的な脳の活性化と運動制御の運動学によって反映されるパフォーマンスの変化は、MAL と WMFT によって指標付けされる影響を受けた上肢の使用の変化に関連している可能性があることを示唆しています。 このコンパニオン プロジェクトは、「中心運動セット」効果を強調するように設計されたニューロ イメージング (fMRI) 研究と、到達および把握動作の「制御」に関する心理物理学的研究の結果を関連付ける最初の試みを表しているという点で革新的です (Winstein et al. , 2000) グループ間因子 (処理群と未処理対照群) を使用した反復測定計画 (3 回の反復テスト) を使用します。 この研究は、さまざまな運動活性化タスクとこの臨床ベースの治療の検査に科学を貸すように調整された状況を使用して、脳活動の変化を調査する現在の研究を補完します。

この提案により、標準的および慣習的なケアに関連するものと比較して、CI療法に直接関連する神経活性化（皮質の再編成）および到達および把握動作の運動制御の変化を評価する予定です。 これらの実験は、ベースライン、事後テスト、および 6 か月後のフォローアップ テストとは別の日に行われますが、これらのテストの 1 週間以内にスケジュールされます。 この設計により、生理学的神経回路と、CI 療法 (治療群) および標準的および慣習的なケア (遅延介入群) に関連する予想される行動変化を媒介する運動制御変数を探索し、サブグループにおけるその変化の持続性を特徴付けることができます。 -比較的小さな病変があり、片麻痺側の手首と指を動かす能力がある程度ある急性脳卒中生存者。