Error Augmentation Motor Learning Trainingsbenadering bij patiënten met een beroerte

Herstel van de beweging van de bovenste ledematen na een beroerte is onvolledig. Beroerte is een belangrijke oorzaak van langdurige sensomotorische invaliditeit, waaronder aanhoudende functiestoornissen van de bovenste ledematen (UL). Begrijpen hoe UL-herstel kan worden verbeterd, is een belangrijke wetenschappelijke, klinische en patiëntprioriteit. Maar ondanks talloze onderzoeken die proberen de meest effectieve revalidatie-interventies te identificeren op basis van gevestigde principes van motorisch leren en neurale plasticiteit, blijft het herstel van UL na een beroerte onvolledig. Sterker nog, zelfs met therapie blijven UL sensomotorische stoornissen bestaan ​​bij een groot deel (tot 62%) van de overlevenden van een beroerte gedurende >6 maanden, wat leidt tot een hoge sociaal-economische last.

MOTORCONTROLESTOORNISSEN: Een gevolg van het onderliggende gebrek aan controle na een beroerte is hemiparese, gekenmerkt door een verminderd vermogen om agonistische spieren aan te trekken, ongewenste/ongepaste spieractivering (d.w.z. spasticiteit, samentrekking van agonistische en antagonistische spieren), abnormale timing van spieractivatie, zwakte en veranderingen in de eigenschappen van spiervezels. Dit leidt tot tekorten in het vermogen om gewrichtsbewegingen te isoleren en verschillende gewrichten op de juiste manier te combineren om taakgerelateerde functies uit te voeren. We hebben substantieel bewijs verzameld dat suggereert dat bewegingstekorten en spasticiteit geassocieerd zijn met een algemeen controletekort in de specificatie en regulatie van spatia-drempels (ST) van de rekreflex en andere proprioceptieve reflexen. ST's worden uitgedrukt in het ruimtelijke (angulaire) in plaats van het temporele (latency) domein. ST-regulatie is een goed ingeburgerd mechanisme voor de controle van rekreflexen bij dieren en reflexen en bewegingen bij mensen.

ST DEFINITIE EN ACTIEMECHANISME: Ruimtelijke drempel (ST) is de gewrichtshoek waaronder spieren beginnen te rekruteren en posturale reflexen en andere reflexen beginnen te werken. Door ST te verschuiven, resetten de hersenen houdingsstabiliserende mechanismen naar een nieuwe ledemaat of lichaamspositie. Deze mechanismen worden gecombineerd om ST's in systemen met meerdere spieren te reguleren volgens de lichaamsconfiguratie en taakeisen. Beroerte resulteert in tekorten in ST-regulatie. Verwondingen aan het centrale zenuwstelsel (CZS) die de dalende en spinale mechanismen beïnvloeden en intrinsiek leiden tot beperkingen in ST-regulatie. Dientengevolge veroorzaken passieve of actieve bewegingen voorbij de hoekdrempel, ST (spasticiteitsbereik), abnormale reflexspieractivering. De ST is snelheidsafhankelijk, waardoor het actieve regelbereik bij patiënten met een beroerte en hun vermogen om snellere bewegingen te maken wordt verminderd.

INTERVENTIEBENADERING: Onze aanpak is ontworpen om het reflexvrije bereik van elleboogbewegingen bij een slag te vergroten. Aanpassing van elleboogbeweging aan een nieuwe belasting (d.w.z. het vermogen om fouten te corrigeren) bij patiënten met een chronische beroerte was aanzienlijk verbeterd wanneer beweging werd gemaakt binnen het actieve controlebereik (waarbij spasticiteit geen invloed had op spiercontractie) in vergelijking met wanneer de reflexvrije bereik werd niet geïdentificeerd. Dienovereenkomstig kan het potentieel voor motorisch leren worden verbeterd door rekening te houden met het bereik van verminderde elleboogbewegingen in goed ontworpen onderzoeken. Om te voorkomen dat bewegingen worden gemaakt met abnormale spieractiveringspatronen en andere compensaties (slechte plasticiteit), zullen trainingsprogramma's worden afgestemd op de bewegingscapaciteit van het individu en benaderingen bevatten die het gewrichtsbereik kwantificeren en vergroten dat wordt gemaakt met typische spieractiveringspatronen. In dit voorstel zullen we een robot en een nieuwe VR-leerinterface gebruiken om het vermogen om gecontroleerde bewegingen bij de elleboog te produceren te manipuleren, wat een veelvoorkomende beperking is bij mensen met een matige tot ernstige beroerte. De voorgestelde gepersonaliseerde trainingsbenadering richt zich op het geven van specifieke feedback om het ST-regelbereik van een individu te vergroten.

ERROR AUGMENTATION FEEDBACK (EA): Error Augmentation-feedback wordt gebruikt om de actieve controle-ST-zone van de elleboog te vergroten. EA gebruikt intrinsiek foutgestuurd leren om het CZS beter in staat te stellen voordeel te halen uit kinematische redundantie en zinvolle motorische taakoplossingen te vinden. Concreet krijgen proefpersonen feedback die hun motorische fouten verbetert. Het is aangetoond dat manipulatie van foutsignalen UL-sensomotorische verbetering stimuleert bij zowel gezonde proefpersonen als proefpersonen met een beroerte, waarbij grotere leerwinst optreedt wanneer de fouten groter zijn. EA-feedback wordt gebruikt om het actieve elleboogbesturingsbereik dynamisch opnieuw toe te wijzen. Visuele feedback over de hoek van de elleboog wordt aangepast, zodat het lijkt alsof de elleboog minder beweegt dan in werkelijkheid. Dus wanneer de daadwerkelijke elleboog beweegt, neemt de proefpersoon waar dat de elleboog minder is bewogen en probeert hij de fout te corrigeren door de elleboog verder te strekken. Het actieve regelbereik wordt vergroot door proefpersonen dichtbij of net aan de grens van hun ST-bereik te laten werken. Het opnieuw toewijzen van de perceptie/actie-relatie zal plaatsvinden wanneer de afferente feedback geassocieerd wordt met een grotere ellebooghoek. Gezien de sleutelrol van fouten bij motorisch leren, zal het kunstmatig verhogen van de prestatiefout via EA het actieve controlebereik van elk individu vergroten en ervoor zorgen dat leren sneller plaatsvindt.

IMPACT OP REVALIDATIE: De resultaten zullen kennis opbouwen die clinici en hun patiënten kan helpen bij het identificeren van het beste type training voor functioneel herstel van UL - een essentieel onderdeel van reïntegratie in dagelijkse activiteiten. Bevindingen kunnen ook een paradigmaverschuiving in de klinische praktijk ondersteunen, waarbij revalidatiebeoefenaars worden aangemoedigd om gepersonaliseerde interventie-opties te overwegen om de resultaten te verbeteren. Toenemende therapeutische opties kunnen ook bijdragen aan gepersonaliseerde zorg die is afgestemd op de specifieke behoeften van de patiënt en leiden tot betere functionele resultaten.

Doelstelling 1 - Bepaal de effectiviteit van gepersonaliseerde oefeningen met behulp van EA om het bereik van actieve elleboogcontrole bij proefpersonen na een beroerte uit te breiden. Hypothese 1: Intrinsieke feedback over bewegingsfouten bij de elleboog zal leiden tot dynamische herindeling van controlemechanismen op spierniveau en het bereik van actieve ellebooggewrichtbewegingen verbeteren. Hypothese 2: Proefpersonen die met EA oefenen, zullen in staat zijn om het grotere bereik van het ellebooggewricht op te nemen in functionele reikbewegingen, wat weerspiegeld wordt in betere klinische resultaten.

Doel 2 - Bepaal de patiëntspecifieke optimale dosis intensieve training om het herstel van de armmotoriek te maximaliseren. Hypothese 3: Een verhoogde trainingsdosis zal leiden tot betere kinematische en klinische resultaten en beter motorisch leren.

Doelstelling 3 - Breng de hoeveelheid CST-schade in verband met UL-herstel op basis van kinematische en klinische metingen. Hypothese 4: Grotere CST-schade zal gecorreleerd zijn met slechter motorisch leren en slechtere klinische resultaten.

Twee groepen, trainingsduur,

TRAININGSDUUR: 54 proefpersonen zullen ongeveer 30 min./sessie uitvoeren om het doel te bereiken met hun aangedane arm. Om de intensiteit te controleren, wordt de oefening uitgebreid tot de tijd die nodig is om 138 reikwijdten/sessie te voltooien met 6-10 seconden tussen de reikwijdtes. Sessies worden 3 keer per week gedaan gedurende 9 weken (d.w.z. 27 sessies, 810 minuten, 3.726 proeven) - beschouwd als een oefening met hoge intensiteit, zoals aanbevolen door de Stroke Recovery & Rehabilitation Roundtable. Kinematische en klinische metingen zullen worden uitgevoerd vóór (PRE), na 3 weken (POST3), 6 (POST6) en 9 weken (POST9) en na een follow-up van 4 weken (FOLL-UP).

STEEKPROEFGROOTTE: Het Minimal Clinical Important Difference (MCID) van de primaire uitkomstmaat (ST) werd gebruikt om de steekproefomvang te berekenen. De MCID van de ST werd bepaald op 18,07° met behulp van een op anker gebaseerde methode (verandering in FMA> MCID 5,25). Uitgaande van een α-niveau van 5% en een vermogen van 95% (effectgrootte = 1,39) om verschillen te detecteren met behulp van een ANOVA met gemengd model (G*Power 3.1.9.4), is de minimale steekproefomvang 21/groep. De steekproefomvang werd verhoogd tot 27 per groep, rekening houdend met een uitvalpercentage van 25% gezien de noodzaak om meerdere trainings-/evaluatiesessies bij te wonen voor een laatste cohort van 54 proefpersonen.

STATISTISCHE ANALYSE: We zullen veranderingen in motorisch gedrag relateren aan de initiële klinische status (PRE) en aan veranderingen na de behandeling (POST) op 3 tijdstippen (POST1, POST2, POST3) en bij de follow-up (FOLL-UP). Statistische benaderingen zijn gebaseerd op intention-to-treat-analyse. Beschrijvende/distributieanalyse zal de belangrijkste demografische en klinische kenmerken benadrukken en controleren op verschillen in de baseline prognostische indicatoren tussen groepen. voor obj. 1-3, zullen we een gemengde ANOVA-model met herhaalde metingen gebruiken voor primaire en secundaire uitkomsten, waarbij het model één tussen-subjectfactor bevat - groep met 2 niveaus (EA, geen EA) en één binnen-subjectfactor - tijd (5 niveaus) , met behulp van genormaliseerde veranderingsscores (d.w.z. POST-PRE/PRE; FOLL-UP-PRE/PRE). We beschouwen veranderingen in de primaire en secundaire uitkomsten als significant als hun 95%-betrouwbaarheidsintervallen (CI) de MCID's voor elke meting overschrijden. Om te controleren op %CST-letsel als mogelijke verstorende factor, voeren we een parallelle ANCOVA uit met %CST als covariabele. Dit zal het statistische vermogen vergroten en corrigeren voor basislijngroepsverschillen, waarbij een onbevooroordeeld verschil op primaire uitkomsten wordt geschat. Dit onderzoeksontwerp is gebruikt in onze vorige RCT. Voor de actieve arm-werkruimte wordt significantie aangegeven door een verandering van >10% van het PRE-testgebied, gebaseerd op een toename van de TSRT van ten minste 18°. Voor het bewegingsbereik van de elleboog is een significante verandering 15% van het pre-testbereik. Voor secundaire uitkomsten worden MCID-waarden gebruikt wanneer deze bekend zijn. Voor metingen waarvan de MCID's niet bekend zijn, beschouwen we een minimaal significante wijziging als >15% van de pre-testwaarde. Meervoudige lineaire regressieanalyse op gepoolde gegevens zal relaties identificeren tussen proefpersonen met verschillende niveaus van initiële klinische stoornissen (% CST-letsel) en primaire en secundaire uitkomstmaten. Alle analyses beschouwen seks als een verstorende factor. Terwijl mannen een hogere incidentie van een beroerte hebben, gecorrigeerd voor leeftijd, ervaren vrouwen meer ernstige beroertes en hebben ze een hogere mortaliteit op korte termijn. Een beter begrip van de invloed van seks op therapeutische interventies kan leiden tot een betere behandeling van een beroerte. Voor alle modellen zullen residuplots worden onderzocht om lineariteit, normaliteit en homoscedasticiteit te verifiëren. Co-lineariteit zal worden beoordeeld op basis van tolerantie, variatie van inflatie en eigenwaarden. Partiële correlatie en gestandaardiseerde (bèta)coëfficiënten zullen worden onderzocht om aan te tonen welke verklarende variabelen een groter effect hebben op de afhankelijke variabele in de meervoudige regressiemodellen. Voor elk resultaat wordt de variabiliteit geschat op basis van 95% BI's. Ontbrekende gegevens worden gecontroleerd op niet-willekeurige patronen.

PROEFBEHEER: Het dagelijkse beheer van de proeven valt onder de verantwoordelijkheid van de stuurgroep (Levin, Archambault, Piscitelli). Randomisatie zal worden gedaan door Levin. Proefcoördinatie en gegevensverwerking worden gedaan door Piscitelli. Het team heeft complementaire expertise die direct relevant is voor het voorstel en uitgebreide ervaring met het uitvoeren van onderzoek naar beroertes. Een voormalige patiënt (GG) die heeft deelgenomen aan onze eerdere onderzoeken, zal helpen bij het beoordelen van de haalbaarheid en aanvaardbaarheid van de technologie en het protocol, inclusief klinische en kinematische tests. Piscitelli zal de proef coördineren, studenten helpen begeleiden en de dagelijkse leiding op zich nemen. Prevost (Clinical Research Coordinator) zal patiënten rekruteren en beoordelen uit 3 centra binnen CRIR. Levin en Wien hebben expertise in beeldvorming en Feldman in motorische controle. Wein is beroerte-neuroloog bij het MNI, waar hij verschillende RCT's heeft uitgevoerd. Trivino (fysiotherapeut) heeft deelgenomen aan verschillende klinische onderzoeksprojecten bij de JRH met behulp van door technologie ondersteunde revalidatie bij patiënten met een beroerte. Berman (revalidatie-ingenieur) ontwierp de robot-/VR-interventie en voerde de eerste haalbaarheidsstudies uit met Levin. We zullen bevindingen verspreiden onder beroerteteams in aan CRIR gelieerde ziekenhuizen door middel van in-service presentaties en problemen met UL-meting en -beheer bespreken. Diagnostische beeldvormingstools en kennis over motorische controle zullen worden gedeeld met onderzoekers, clinici en patiënten. De haalbaarheid van het integreren van de ontwikkelde technologie in klinische omgevingen zal worden geëvalueerd met clinici Trivino en Wein en patiënt GG.