만성 뇌졸중 생존자의 운동 기능에 대한 진동의 영향

매년 60만 명 이상의 미국 시민이 심각한 뇌졸중을 경험합니다. 급성 치료 후 생존자 중 30~40%는 영구적인 운동 장애를 경험합니다. 뇌졸중의 운동 증상에는 신체 한쪽의 근육 조절 상실, 경직, 협응 상실("운동 장애")이 포함됩니다. 뇌졸중 발생 후 며칠 내에 살아남은 환자는 운동을 회복하기 위해 물리 치료를 시작하며 일부는 완전히 회복됩니다. 그러나 미국에서만 500만 명이 넘는 사람들이 회복되지 않고 남은 생애 동안 심각한 무능력을 유지하고 있습니다. 기능 회복은 일반적으로 뇌졸중 후 6~12개월 이내에 정체기에 도달합니다. 이러한 기능 회복은 아마도 대뇌 피질의 "가소성" 변화를 수반하며, 새로운 신경 회로가 부상으로 손상된 회로를 대체하도록 구성됩니다. 많은 뇌졸중 환자에서 마비 또는 마비(즉, 부분적인 움직임 상실)의 기원과 경직의 원인이 불분명합니다. 작은 부분 집합에서, 뇌졸중으로 손상된 뇌 조직은 운동 신호를 근육에 보내는 신경 세포를 포함하는 "일차 운동 피질"에 국한됩니다. 이러한 사람들의 움직임 상실은 이해하기 쉽습니다. 그러나 많은 뇌졸중의 경우 손상이 뇌의 다른 부위에 위치하거나 더 광범위하게 발생하며 움직임의 상실은 설명하기가 쉽지 않습니다. 뇌의 여러 영역에서 고유 감각 시스템을 포함한 다양한 소스의 감각 정보가 통합된 다음 운동 피질로 전달되어 움직임을 생성합니다.

고유 감각은 근육, 힘줄, 피부 및 관절의 감각 수용체에서 발생하는 신체 위치 및 움직임에 대한 감각입니다. 지난 20년 동안 수행된 연구에 따르면 고유 감각은 운동 조정에 밀접하게 관련되어 있습니다. 실제로, 고유 감각이 급속히 상실된 개인은 일정 기간 동안 기능이 마비됩니다. 뇌졸중 재활에 대한 우리의 접근 방식의 기본 가설은 많은 뇌졸중 생존자에서 뇌 손상이 일차 체성 감각 피질의 고유 감각 수용 영역(영역 1, 2, 3a 및 3b)을 연결하는 하나 이상의 피드백 루프를 방해한다는 것입니다. 일차 및 전운동 피질(영역 4 및 6). 운동 출력 센터에 입력되는 고유 감각 정보가 없으면 뇌는 움직임이 발생하는 데 필요한 근육을 "찾을" 수 없습니다. 우리는 대뇌 피질의 입력 및 출력 영역의 동시적이고 반복적인 활동이 뇌 경로의 재구성을 자극하여 뇌졸중으로 인해 중단된 피드백 루프를 닫는다는 가설을 세웠습니다. 이러한 맥락에서 우리 연구의 목적은 손목/팔꿈치 굽힘 및 확장과 관련된 근육 힘줄의 반복적인 진동 자극을 통해 제공되는 고유 감각 훈련과 결합된 손목/팔꿈치 로봇 보조 훈련이 수의적 움직임에 미치는 영향을 확인하는 것입니다. 만성 뇌졸중 환자의 움직임에 접근.

뇌졸중 재활에 대한 이러한 접근 방식에서 연구자들은 일차 체성 감각 피질의 신경 세포가 운동 피질의 기능적으로 관련된 부분의 신경 세포와 동시에 활성화되도록 반복적으로 유발하여 부상 후 뇌의 소성 변화를 향상시키는 것을 목표로 합니다. 이 접근 방식은 들어오는 고유 감각 입력과 나가는 모터 출력 사이의 연결을 재구성하도록 설계되었습니다.

연구 목표는 기존 치료법으로는 최대 회복 수준에 도달하지 못하는 뇌졸중 후 1년이 지난 참가자를 재활시키는 절차를 개발하는 것입니다. 제안된 프로젝트의 목적은 Shirley 내 생체역학 실험실에 배치된 로봇 치료 장치를 사용하여 심각한 상지 장애가 있는 총 20명의 만성 뇌졸중 참가자로부터 데이터 세트를 얻는 것입니다. 라이언 어빌리티랩. 이 데이터를 통해 우리는 로봇 보조 운동과 힘줄 진동의 조합이 상지의 뇌졸중에서 이차 회복을 유도하는 정도를 정량화할 수 있습니다.

제안된 연구 계획에는 다양한 동작 센서와 감각 자극기(예: 기계식 진동기)라는 2가지 주요 구성 요소가 포함된 기계가 포함됩니다. 기계의 운동 범위 구성 요소는 영향을 받은 관절(예: 손목 또는 팔꿈치)을 회전시키고 위치와 힘을 기록합니다. 참가자의 작업에는 적용된 동작을 돕기 위해 근육을 수축하는 것이 포함됩니다. 참가자가 생성한 힘 또는 근전도(EMG) 활동의 양에 대한 시각적 피드백이 컴퓨터 화면에 표시됩니다. 보조 운동은 뇌의 운동 피질에 있는 신경 세포를 활성화시킵니다. 로봇 장치와 참가자의 결합된 노력으로 참가자의 마비된 손목/팔꿈치를 굴곡 및 확장으로 반복적으로 회전시키는 동안 한 쌍의 진동기는 반대편 관절 측면의 해당 힘줄에 고주파 자극(초당 60펄스)을 전달합니다. 주동근. 진동은 고유 감각에 기여하는 주요 감각 수용체인 근방추에 대한 효과적인 자극으로 알려져 있습니다. 진동 자극은 관절 회전에 대한 근방추의 자연스러운 반응을 몇 배로 증가시킵니다. 주어진 시간에 늘어나는 힘줄만 진동됩니다. 진동으로 인해 늘어나는 근육의 근방추 활성화는 뇌의 체성감각 피질에 있는 신경 세포를 활성화하는 역할을 합니다. 따라서 보조 운동은 피질의 운동 출력 영역에 있는 신경 세포를 활성화하는 동시에 진동은 감각 입력 영역에서 기능적으로 관련된 신경 세포를 활성화하여 두 영역 사이의 새로운 연결을 개발하거나 기존 연결을 향상시키는 자극을 제공합니다.