Operante conditionering voor neuromodulatie

Het doel van deze studie is om neuromodulatie te onderzoeken als een nieuwe benadering om de revalidatie te verbeteren voor mensen met bewegingsstoornissen van de bovenste ledematen na neurologisch letsel zoals een beroerte of een dwarslaesie. Opkomend bewijs toont aan dat dieren en mensen controle kunnen uitoefenen over het niveau van prikkelbaarheid in neurale paden die bijdragen aan beweging. Deze ontdekking heeft belangrijke implicaties, aangezien het een nieuwe strategie vertegenwoordigt om de motorische controle te verbeteren bij mensen van alle niveaus, inclusief mensen met neurologische aandoeningen. Operante conditionering is een goed bestudeerd leermechanisme, waarbij de wijziging van een gedrag kan worden bewerkstelligd door de consequentie van het gedrag. Gedragingen die worden beloond met positieve bekrachtiging worden vaker vertoond. In de afgelopen jaren is operante conditionering toegepast op spinale reflexreacties bij muizen, ratten, apen en mensen. Er zijn aanwijzingen dat het mogelijk is om de prikkelbaarheid van een neuraal circuit te vergroten of te verkleinen door een zenuw of een deel van de hersenen elektrisch te stimuleren, vervolgens de spierrespons op te nemen en reacties te belonen die binnen een gewenst bereik liggen. Dit kan het niveau van de spiertonus in rust veranderen, evenals de bijdrage van de spier aan opzettelijke bewegingen en zijn bereidheid om te reageren op onverwachte verstoringen. Tot op heden heeft slechts één onderzoeksgroep operante conditionering toegepast om motorische prestaties bij mensen te verbeteren. Hun werk was gericht op het aanpassen van spinale reflexen voor een spier van de onderste ledematen en de effecten op lopen. In het voorgestelde project zullen we het gebruik van operante conditionering uitbreiden naar spieren van de bovenste ledematen en naar mensen met bewegingsbeperkingen na een beroerte en dwarslaesie, en naar een ander neuraal pad naast de spinale reflex.

Deze studie omvat procedures die nodig zijn om de prikkelbaarheid van het zenuwstelsel te meten op het niveau van het ruggenmerg en op het niveau van de hersenen. De prikkelbaarheid van de spinale reflex zal worden gekwantificeerd door een perifere zenuw elektrisch te stimuleren en de spierrespons (ie. de H-reflex) te registreren met elektromyografie. De prikkelbaarheid van het motorische pad van de hersenen naar de spier (het corticospinale kanaal) zal worden gekwantificeerd door een specifiek gebied van de hersenen (de motorische cortex) te stimuleren met transcraniële magnetische stimulatie en de spierrespons (dwz. De motor evoced potential) met elektromyografie. Bovendien zal de bewegingsbeperking van de bovenste ledematen worden beoordeeld door het meten van de spiertonus, het gevoel, het vermogen om kracht te genereren en de prestaties bij een computergestuurde polsmotorische controletaak. Bij proefpersonen met neurologische aandoeningen wordt de functie van de bovenste ledematen beoordeeld met behulp van gestandaardiseerde tests, waaronder de Fugl-Meyer-beoordeling van de bovenste extremiteit, de Action Research Arm-test en de Box and Blocks-test. Deze studie zal de effectiviteit testen van operante conditionering als een interventie om neurale prikkelbaarheid te wijzigen. Na basislijntesten zullen proefpersonen deelnemen aan maximaal 12 sessies schijninterventie gevolgd door maximaal 24 sessies echte operante conditioneringsinterventie. Elke sessie omvat 225 proeven (3 sets van 75), die ongeveer 30 minuten duren. Voor elke proef tijdens echte interventie wordt een stimulus afgegeven terwijl de proefpersoon een spiercontractie op laag niveau handhaaft, de reactie van de spier op stimulatie wordt geregistreerd en onmiddellijke feedback wordt op een computerscherm weergegeven, zodat de proefpersoon kan zien of zijn spierrespons correct was. binnen het gewenste bereik of niet. Zo verschijnt er een groene balk als de spierrespons 'goed' was, anders verschijnt er een rode balk. Het 'percentage succes' van de proefpersoon wordt ook weergegeven en bijgewerkt na elke poging. Tijdens schijninterventie zijn alle procedures identiek, behalve dat er geen feedback aan de proefpersoon wordt gegeven en er geen instructies zijn om hun spierreacties te vergroten of te verkleinen.

Bij gezonde mensen zullen we ernaar streven om de prikkelbaarheid van de spinale reflex (H-reflexen) van een spier van de bovenste extremiteit naar boven of naar beneden te verschuiven, voortbouwend op eerdere bevindingen die deze effecten aantonen in een spier van de onderste ledematen, zonder effect op het normale bewegingsvermogen (Thompson et al. al., 2009, Makihara et al., 2014). Ook bij gezonde mensen zullen we ernaar streven om de prikkelbaarheid van het pad van de hersenen naar de spieren naar boven of naar beneden te verschuiven, door gebruik te maken van operante conditionering van motorisch opgewekte potentialen. Slechts één eerdere studie (Majid et al., 2015) heeft een neerwaartse verschuiving aangetoond, en de eerste studies die het vermogen onderzoeken om motor evoked potentials te vergroten, zijn momenteel aan de gang. Mensen met neurologische aandoeningen hebben vaak een abnormaal verhoogde prikkelbaarheid van de wervelkolomreflex die bepaalde spieren aantast, wat resulteert in een verhoogde tonus, stijfheid en moeite met bewegen. Daarom zullen we ernaar streven de prikkelbaarheid van de wervelkolomreflex in overactieve spieren te verminderen door H-reflexen op te wekken en reacties te belonen die onder een drempel liggen. Bovendien hebben mensen met neurologische aandoeningen vaak verstoorde verbindingen van hersenen naar spieren, wat resulteert in zwakte (verminderd vermogen om kracht te genereren). Daarom zullen we ernaar streven de prikkelbaarheid van het pad van hersenen naar spieren te vergroten, door motorisch opgewekte potentialen op te wekken en reacties te belonen die boven een drempel liggen.