Perceptuele-motorische interactie om de bimanuele coördinatie na een beroerte te verbeteren (Bimanual)

Algehele materialen en methoden: De voorgestelde experimenten zullen het algemene patroon volgen dat we hebben gebruikt in eerdere gedragspsychofysische onderzoeken bij personen met en zonder beroerte. Er zal een gecontroleerde virtuele omgeving worden gebruikt die de kinematica van de arm registreert en real-time bewegingsinteractie met een virtuele motorische taak mogelijk maakt. Een programma dat motion capture-systeem (Acsention Technology TrakSTAR) en op MATLAB gebaseerde GUI-gaming-omgeving integreert, maakt het volgen van de twee armen mogelijk, experimentator-controle voor specifieke manipulatie zoals positie van de virtuele steen, doelopening, relatieve bijdrage van de armen en mapping van elke armbeweging naar de beweging van de virtuele steen om real-time en post-response feedback te geven. Deelnemers zitten in een verstelbare stoel met hun gezicht naar een computerscherm gericht en hun romp tegen de stoel gedrukt. Hun armen worden volledig ondersteund op een tafelblad met lage wrijving en kunnen vrij bewegen in het horizontale (X-Y) vlak met minimale weerstand. Een ondoorzichtig scherm sluit het directe zicht van de deelnemers op hun armen af. Magnetische markeringen worden aan hun handen vastgemaakt net proximaal van het polsgewricht en de positie van de markeringen wordt toegewezen aan een virtuele steen die op het computerscherm wordt weergegeven. De motorische taak is om de virtuele steen (stenen) naar een virtuele doelopening (spleet) op het computerscherm te verplaatsen door beide armen in het 2D (X-Y) vlak op de wrijvingsarme tafel te bewegen. Hoewel real-time visuele feedback van de steen beschikbaar is, kan de steen niet haptisch worden gevoeld. Vanuit een perceptueel perspectief, in onafhankelijke doelconditie, verplaatst elke arm zijn eigen virtuele steen naar de doelopening. In een gemeenschappelijke doelsituatie werd een gewone steen op het computerscherm naar een doelvenster verplaatst door vooraf bepaalde weging van elke armbeweging.

Voorafgaand aan het begin van de experimenten reiken de deelnemers met de paretische arm in drie verschillende richtingen (135º, 90º en 45º ten opzichte van de horizontaal) om de maximale reikafstand voor twee proeven in elke richting vast te leggen. De minimale reikafstand over de drie richtingen wordt gebruikt om de begin- en eindpositie van de doelopeningen te kalibreren. De beoogde raampositie wordt geplaatst op 70 en 90% van de maximale bereikafstand, georiënteerd op 45º, 90º en 135º ten opzichte van de horizontaal. Vanuit het oogpunt van motorische uitvoering vereist bimanueel reiken naar het doel van 90º spiegelbewegingen van de twee armen in voorwaartse richting. Om doelen van 45º en 135º te bereiken, zijn parallelle bewegingen van de twee armen in die richtingen vereist. Er is aangetoond dat spiegel- en parallelle bewegingen verschillende strategieën voor motorische controle vereisen, evenals verschillende niveaus van transcallosale remming, en zijn daarom in deze studie opgenomen.

Procedures: Deelnemers komen naar het laboratorium voor een basisevaluatie om te bepalen of ze in aanmerking komen voor deelname aan het experimentele protocol. Tijdens deze baseline-evaluatie zullen we de volgende tests uitvoeren: (1) Fugl-Meyer-onderzoek, (2) Mini-mentale schaal, (3) Tests voor hemineglect met behulp van een lijn-bisectietest, (4) Western Aphasia Battery voor patiënten met Afasie (5) TMS-veiligheidsvragenlijst, (6) MRI-veiligheidsvragenlijst, (7) Box- en bloktest en (8) Penn Neurocognitieve beoordeling.

Zodra de patiënten in aanmerking komen voor de studie, komen ze naar het lab voor drie afzonderlijke sessies. De eerste twee sessies zullen gedragssessies zijn, terwijl de derde sessie een neuroimaging-sessie zal zijn.

Tijdens de eerste gedragssessie worden deelnemers getest op bimanuele coördinatie in twee verschillende taken: op virtual reality (VR) gebaseerde taken en real-world taken. In de op VR gebaseerde taak testen we in totaal 240 proeven onder verschillende omstandigheden om basisprestatiegegevens te verkrijgen. We zullen deelnemers ook een reeks bimanuele real-world taken laten uitvoeren. Tijdens de tweede sessie testen we het effect van twee verschillende perceptuele signalen op bimanuele coördinatie. Tijdens Aim 2-experimenten zullen deelnemers worden geïnstrueerd om een ​​gemeenschappelijke virtuele steen met beide armen naar de doelvensters te "bewegen" in drie richtingen (spiegel - 90º; parallel - 45º en 135º) zonder de steen te kantelen binnen een doel-MT van 800 milliseconden - 1,2 seconden. Deelnemers voltooien vier blokken van 60 proeven in een pseudowillekeurige volgorde. Elk blok zal bestaan ​​uit een afzonderlijke taakconditie, afhankelijk van de aard van de verstrekte perceptuele signalen.

Conditie 1 zal vergelijkbaar zijn met de bimanuele conditie van het gemeenschappelijke doel in doel 1, waar ze een gemeenschappelijk virtueel blok dat in een horizontale positie is vastgezet naar drie doelen in pseudowillekeurige volgorde zullen transporteren. De beweging van de staaf zal een ongewogen gemiddelde zijn van de twee armbewegingen; d.w.z. elke arm draagt ​​bij aan 50% van de virtuele staafbeweging (50-50 weging). Voor voorwaarde 2 zullen de wegingscoëfficiënten van de twee armen gelijk zijn (d.w.z. 50-50); en de virtuele steen zal in de richting van de achterblijvende arm kantelen in verhouding tot de relatieve vertraging tussen de armen. Operationele definitie van relatieve vertraging: Relatieve vertraging is anders dan absolute vertraging. Relatieve tijdsvertraging is de tijdsvertraging tussen de relatieve timing van elke arm binnen zijn baan. Ter illustratie, als de linker- en rechterarm bijdragen aan 70 en 30% van de beweging van de steen, zal de relatieve tijdsvertraging halverwege de beweging nul zijn als de linker- en rechterarm de helft van hun respectieve trajecten hebben afgelegd. Daarom wordt de relatieve vertraging beïnvloed door zowel de temporele als de ruimtelijke component van de beweging van elke arm. Gelijktijdige en post-respons feedback over de kanteling en het pad van de virtuele steen zal na elke proef worden gegeven.

Conditie 3 zal vergelijkbaar zijn met blok 1 (blok gefixeerd in horizontale positie), maar de armweging zal 70-30 zijn. Voorwaarde 4: Naast de "kantel"-feedback over de relatieve tijdsvertraging, zal elke arm differentieel worden gewogen, d.w.z. de paretische arm zal een hogere wegingscoëfficiënt hebben in vergelijking met de niet-paretische arm. Concreet zal de paretische arm bijdragen aan 70% van de virtuele baksteenbeweging, terwijl de niet-paretische arm zal bijdragen aan 30% van de virtuele baksteenbeweging. 20 proeven van bimanueel reiken in elke richting (90º; 45º en 135º) zullen in pseudowillekeurige volgorde worden voltooid.