Neurale aanpassing na peesoverdracht en training bij tetraplegie

Het herstellen van de functie van de bovenste ledematen wordt beoordeeld als een van de hoogste prioriteiten voor personen met tetraplegie. Het herstellen van de actieve grijp- en knijpkracht van de hand kan worden bereikt door middel van peesoverdrachtsprocedures waarbij de pees van een sterke proximale spier chirurgisch opnieuw wordt vastgemaakt aan de pees van een verlamde spier. Een gebruikelijke procedure om laterale (key) pinch te herstellen, is om de distale pees van een van de drie elleboogflexorspieren, de brachioradialis (Br), over te brengen naar de pees van de verlamde duimflexor, de flexor pollicis longus (FPL). Herstel van functionele pinch hangt af van hoe goed de patiënt leert om de Br te activeren om de duim te buigen door zijn nieuwe distale bevestiging, en ook om flexie bij de elleboog te beheersen door zijn proximale bevestiging. Het eerdere werk van de onderzoekers toont aan dat Br-naar-FPL-ontvangers de overgedragen Br niet volledig activeren en mogelijk niet de optimale functionele status bereiken, alleen of met traditionele therapieën. De onderzoekers stellen voor dat deelname aan een postoperatief taakgebaseerd trainingsprogramma corticale veranderingen zal veroorzaken die van invloed zijn op het functionele (pinch) vermogen.

Recente studies van personen met cervicale SCI laten zien dat substantiële corticale reorganisatie kan optreden na het letsel, maar neurale substraten van motorisch leren na peesoverdracht zijn niet bestudeerd. Van deze patiënten is zeer weinig bekend over welke functionele hersenveranderingen gepaard gaan met verbeterde prestaties als reactie op aanvullende interventie. De overdracht van Br naar FPL verandert de centrale feedback van de periferie en kan nieuwe of adaptieve neurale paden mogelijk maken die een groter functioneel gebruik van de peesoverdracht kunnen bereiken. Neuroimaging-technieken, zoals functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI), zijn belangrijke hulpmiddelen geworden voor het begrijpen van plasticiteit in het neuromusculaire systeem en voor het beoordelen van de neurale onderbouwing van succesvolle nieuwe interventies. Het doel van de voorgestelde studie is het identificeren van het neurale patroon dat wordt geassocieerd met de beste functionele resultaten (hoogste knijpkracht) na overdracht van Br naar FPL. De onderzoekers zullen fMRI en functionele prestatiemetingen gebruiken om neurale voorspellers en correlaten van spierhervorming te vinden. Dat wil zeggen, de onderzoekers verwachten dat succesvolle postoperatieve spierhervorming zal afhangen van een verhoogde corticale aandrijving naar de overgedragen Br in combinatie met nieuwe synergisten, en dit zal worden weerspiegeld in de neurale beeldvormingsresultaten.

Het doel van de studie is het evalueren van de neurale activiteit van Br- naar FPL-overdrachtontvangers na conventionele therapie en als reactie op een aanvullend taakgebaseerd trainingsprogramma voor thuis dat tot doel heeft de vrijwillige activering van de overgedragen Br in functionele knijptaken te verbeteren. Het trainingsprogramma van 10 weken wordt geëvalueerd in de RRD Pilot-studie (B0583P) en omvat het uitoefenen van knijpkracht in verschillende houdingen van de bovenste ledematen, biofeedback van een knijpdynamometer en het oefenen van geselecteerde knijptaken. De onderzoekers verwachten dat toenames in de amplitude en verdeling van fMRI-bloedzuurstofniveau-afhankelijke (BOLD)-reacties in sensomotorische cortices ten grondslag zullen liggen aan verbeterde motorische controle na de operatie en na succesvolle interventie om motorisch herleren te bevorderen.

Specifieke doelen

1. Definieer de corticale weergave van de pre-training knijpfunctie bij SCI-patiënten. De onderzoekers zullen het patroon (locatie, volume en intensiteit) kwantificeren van corticale activatie geassocieerd met vrijwillige knijpbeweging bij personen die een jaar na Br naar FPL-peesoverdrachtschirurgie en een conventioneel therapieprogramma zijn. De onderzoekers veronderstellen (H1) dat een groter volume en intensiteit van hersenactivatie zal correleren met een betere knijpfunctie gemeten door knijpkracht en de grootte van Br-activering in knijpen. Secundaire analyses zullen bepalen of de locatie van de hersenactivatie varieert met de knijpfunctie (kracht) en specificiteit ten opzichte van vrijwillige elleboogflexie.
2. Evalueer de corticale respons op het taakgebaseerde thuistherapieprogramma. Correlaten van taakgebaseerde aanpassing van pre- tot post-training zullen worden beoordeeld met behulp van fMRI. H2: Grotere activering (intensiteit en volume) in de primaire motorische cortex (M1) en sensorische cortex zal zich vertalen in een verhoogde vrijwillige activering van de overgedragen Br in pinch in vergelijking met elleboogflexie. Taakgebaseerde trainingsresultaten omvatten isometrische knijpkracht, EMG-kwantificering van Br-activering bij knijpen en elleboogflexie.
3. Bepaal neurale handtekeningen van chirurgische en door training geïnduceerde motorische verbeteringen. H3: Na gerichte taakgebaseerde training zal de hersenactiviteit tijdens vrijwillige pinch zich uitbreiden naar aangrenzende gebieden (grotere representatie, grotere activiteit), in sensomotorische hersengebieden, waardoor het vermogen om vrijwillig de overgedragen Br-activering in pinch te vergroten, wordt vergemakkelijkt. Secundaire analyses zullen de grootte en het activeringsniveau van hersenveranderingen contrasteren met knijpactivering bij patiënten die training krijgen in vergelijking met niet-gehandicapte en niet-chirurgische deelnemers.

De postoperatieve therapieprotocollen na peestransferprocedures zijn niet goed gedefinieerd, worden inconsistent toegepast en er is geen bewijs voor hun effectiviteit. De hier voorgestelde studie zal corticale verandering onderzoeken om uitkomstafhankelijke plasticiteit te beoordelen. Het kan dus mogelijk zijn om te voorspellen waarom sommige individuen de overgedragen spier niet zo goed hertrainen als anderen. Het tot stand brengen van deze relatie kan leiden tot het begrijpen van de mechanismen van succesvolle interventies en kan op de hersenen gebaseerde dynamiek identificeren die de focus zou kunnen worden van toekomstige behandelingen (bijv. biofeedback, hersenstimulatie, enz.).