Hersenen en gedragscorrelaten van armrevalidatie (BCAR)

DOEL VAN DE STUDIE EN ACHTERGROND

1. Specifieke doelen en doel van de studie: Over het algemeen is dit voorstel om driedimensionale bewegingsanalyse en magnetische resonantie (fMRI) neuroimaging-technieken te gebruiken om de hersenactiviteit en motorische gedragsveranderingen te onderzoeken die samenhangen met door constraint geïnduceerde (CI) therapie voor patiënten met subacute beroerte. Dit project is een aanvulling op de onlangs gefinancierde gerandomiseerde klinische studie in meerdere centra (HD37606-01), Extremity Constraint-Induced Therapy Evaluation (EXCITE). Dit project vult EXCITE aan door de mechanismen te onderzoeken die ten grondslag liggen aan de klinische interventie bij revalidatie na een beroerte. Aangezien de inschrijving voor EXCITE is voltooid, schrijven we een nieuwe groep deelnemers in.

A. SPECIFIEKE DOELSTELLINGEN:

1. Bepaal de relatie tussen laesiegrootte en locatie zoals beoordeeld met behulp van 3D-volumetrische MRI en functionele uitkomst (d.w.z. motorische controle en functioneel gebruik) als gevolg van CI-therapie.
2. Bepaal de effecten van CI-therapie op de beheersing van reik- en grijpacties zoals beoordeeld met behulp van gedragskinematica.
3. Bepaal de effecten van CI-therapie op het neurale substraat (sensomotorisch netwerk) zoals beoordeeld met behulp van fMRI tijdens doelgerichte richt- en grijptaken (uitgevoerd als activeringstaken in de scanner).
4. Bepaal de persistentie en/of stabiliteit van deze veranderingen in motorische controle, neuraal substraat en functioneel gebruik van de bovenste extremiteit bij een beroerte met CI-therapie 6 maanden later.

A.1: Specifieke werkhypothesen per doel zijn:

Voor specifiek doel nr. 1, hypothese 1: er zal een voorspelbare relatie zijn tussen de locatie van de laesie, de grootte en het functionele resultaat van CI-therapie. Degenen met specifieke sensomotorische cortex (MI, SI) laesies zullen een slechtere respons vertonen dan degenen met laesies beperkt tot de subcorticale gebieden (bijv. Achterste ledemaat van interne capsule, subcorticale witte stof of basispontis, paramediane pontinegebieden) gecontroleerd op laesiegrootte . Een werkhypothese die aan deze hypothese ten grondslag ligt, is dat er een differentieel effect zal zijn van CI-therapie met laesies in het subcorticale versus corticale sensorimotorische gebied. Hypothese 2: De verschillen tussen groepen (behandeld versus onbehandeld) zullen groter zijn bij degenen met subcorticale laesies dan bij degenen met laesies in het corticale sensomotorische gebied, gecontroleerd op laesiegrootte, op het tijdstip na de test/interventie.

Voor specifiek doel # 2, hypothese 1: CI-therapie zal de beheersing van reik- en grijpacties ten goede komen door veranderingen in de (arm)transportduur, timing van piekopening, piektransportsnelheid en soepelheid van zowel de reik- als de grijpcomponent voor het grijpen objecten van verschillende grootte en het bereiken van verschillende afstanden. Hypothese nr. 2 is dat de verandering in de motorische controle van reik- en grijpacties vanaf de basislijn tot het tijdstip na de test/interventie groter zal zijn bij de behandelde dan bij de onbehandelde groep. Hypothese nr. 3 is dat deze veranderingen in motorische controle gecorreleerd zullen zijn met veranderingen in het gebruik van de bovenste extremiteit in de praktijk, zoals geïndexeerd door de Motor Activity Log (MAL) en Wolf Motor Function Test (WMFT).

Voor specifiek doel nr. 3, hypothese 1: CI-therapie zal resulteren in een afname van ipsilaterale hemisfeeractivering en een grotere omvang en/of verhoogde intensiteit van specifieke interessegebieden (ROI's) in het contralaterale (aangetaste) sensomotorische netwerk met CI-therapie. Specifiek, en voor zover het betrekking heeft op de planning van complexere handacties (d.w.z. nauwkeurig grijpen), omvatten specifieke ROI's die verandering in intensiteit en/of omvang zullen laten zien primaire motorische cortex (MI), primaire sensorische cortex (S1), aanvullende motorische cortex (S1), aanvullende motorische gebied (SMA) en premotorisch gebied (PM). Hypothese nr. 2 is dat de verandering in ROI-activering vanaf de basislijn tot het tijdstip na de test/interventie groter zal zijn bij de behandelde dan bij de onbehandelde groep. Hypothese 3: De aanwezigheid van een grotere mate en/of intensere activatie in deze ROI's van het contralaterale halfrond zal worden gecorreleerd met veranderingen in het gebruik van de bovenste extremiteit in de praktijk, zoals geïndexeerd door de MAL en WMFT.

Voor Specifiek Doel # 4, Hypothese 1: Persistentie van deze veranderingen in reik-naar-grijp-motorische controle (gedragskinematica), uitgebreide omvang/intensiteit van sensomotorische netwerk-ROI's (fMRI) en functioneel gebruik (MAL en WMFT) zal worden aangetoond door middel van vergelijking van de behandelde en onbehandelde (vertraagde-interventie) groepen op het follow-uppunt van 6 maanden. Het is mogelijk dat de verschillen tussen groepen op het punt van 6 maanden groter zijn dan op het punt na de test/interventie, vooral als het functionele gebruik in de behandelde groep blijft verbeteren.

2. Achtergrond en betekenis: Beroerte is de belangrijkste oorzaak van invaliditeit bij Amerikaanse volwassenen. Elk jaar krijgen in de VS ongeveer 750.000 mensen een beroerte en daarvan overleven er bijna 400.000 met enige mate van neurologische stoornissen en handicaps. Het cumulatieve totaal van levende, door een beroerte getroffen Amerikanen is bijna 3 miljoen. Dertig miljard dollar per jaar is de geschatte last van een beroerte-gerelateerde handicap. Ondanks de enorme omvang van deze statistieken zijn er bijna geen wetenschappelijke studies uitgevoerd naar de effectiviteit van revalidatie-interventies na een beroerte. Als gevolg hiervan zijn de onlangs gepubliceerde klinische praktijkrichtlijnen voor revalidatie na een beroerte (Gresham et al., 1995) gedwongen om in de eerste plaats te vertrouwen op de mening van deskundigen en niet op goed gecontroleerde wetenschappelijke studies.

Een nieuwe therapeutische benadering voor het herstel van beweging na een beroerte, genaamd constraint-Induced (CI) bewegingstherapie, is afgeleid van fundamenteel onderzoek met apen die somatosensorische deafferentatie kregen (Taub, 1980). CI-bewegingstherapie bestaat uit een familie van therapieën; hun gemeenschappelijke element is dat ze patiënten met een beroerte ertoe aanzetten om het gebruik van een aangedane arm en hand gedurende vele uren per dag gedurende een periode van 10 tot 14 opeenvolgende dagen aanzienlijk te vergroten. De kenmerkende interventie omvat motorische beperking van de minder aangedane arm in een mitt of mitt en training van de aangedane arm. De therapieën resulteren in grote veranderingen in de hoeveelheid gebruik van de aangedane arm bij de activiteiten van het dagelijks leven buiten de kliniek die gedurende de tot nu toe gemeten 2 jaar aanhouden (Morris et al., 1997; Taub & Wolf, 1997; Taub et al., 1997; Taub & Wolf, 1997; Taub et al. al., 1994; Taub et al., 1993; Wolf et al., 1989). Eerder onderzoek heeft nooit geleid tot nadelige effecten van de fixatie op de "goede arm/hand".

Er is toenemend bewijs voor corticale reorganisatie die gepaard gaat met herstel van motorische controle na een beroerte, en recentelijk werden vergelijkbare veranderingen aangetoond in verband met CI-therapie bij chronische beroerte (Liepert et al., 2000). Er lijkt een verband te bestaan ​​tussen de grootte en locatie van de laesie en de aard van deze reorganisatie, evenals het tijdsverloop van deze reorganisatie (Azari & Seitz, 2000). Het feit dat therapie (gedwongen gebruik) deze reorganisatie kan beïnvloeden, zoals onthuld door het submenselijke primatenwerk (Nudo et al., 1996a,b) suggereert dat er verschillen zouden zijn in de verandering in corticale activeringspatronen voor het bereiken en grijpen van taken van baseline tot post-test/interventietijdstippen tussen de behandelde en onbehandelde proefpersonen in ons voorgestelde project. Verder, en gerelateerd aan het neurale netwerk voor de controle van uni-manuele reik- en grijpacties, is aangetoond dat ipsilaterale (of bilaterale) activering van de hemisfeer een uitvloeisel is van taakcomplexiteit, motorische set en buitensporige inspanning (Winstein et al., 1997; Chen et al., 1997a, 1997b; Beltramello et al., 1998; Doyon et al., 1998; Winstein et al., 2000). Motor set-effecten zijn het meest consistent aangetoond in de literatuur over motorbesturing door voorspelbare en onvoorspelbare volgordecondities te vergelijken. In een onvoorspelbare situatie is de motorset gebaseerd op een 'beste schatting'-plan en worden standaardparameters geselecteerd op basis van het bereik van mogelijke reacties (zie Winstein et al., 2000, voor motorset-effecten in getriggerde grijpreacties). Daarentegen wordt onder voorspelbare taakomstandigheden een nauwkeuriger en afgestemder plan mogelijk gemaakt, aangezien de exacte respons van tevoren kan worden gepland (Velicki et al., 2000). Als zodanig veronderstellen we dat naarmate reik- en grijpacties verbeteren met oefening, de 'taakcomplexiteit' zal worden verminderd, en de motorische set-effecten zullen worden versterkt (d.w.z. de taak wordt gemakkelijker gepland en uitgevoerd, met minder cognitieve eisen, Lee et al. , 1994), en er zou een gelijktijdige vermindering moeten zijn van de mate van ipsilaterale (bilaterale) neurale activiteit voor bewegingen van aangedane ledematen. Tegelijkertijd, en in overeenstemming met gebruiksafhankelijke corticale reorganisatie, zou er naarmate vaardigheid (leren) verbetert, een uitbreiding of verhoogde intensiteit van activering moeten zijn in de juiste contralaterale neurale netwerken van reik- en grijpacties, met name in interessegebieden, waaronder M1 , S1-, SMA- en PM-gebieden. Deze argumenten bieden de logica voor Specific Aim # 3 om de veranderingen, als gevolg van CI-therapie, in het sensomotorische corticale netwerk te bepalen door middel van gebeurtenisgerelateerde fMRI tijdens specifieke reik- en grijptaken, en onze bijbehorende hypothesen.

Als logische uitbreiding stellen we voor dat de effecten van CI-therapie op de beheersing van reik- en grijpacties van de bovenste extremiteit kunnen worden geïndexeerd op zowel het niveau van corticale neurale activeringspatronen (fMRI) als gedragskinematica en in relatie tot bekende psychofysische wetten van motoriek. leren en beheersen. Verder stellen we voor dat de veranderingen in prestaties zoals weerspiegeld door fysiologische hersenactivatie en motorische kinematica gerelateerd kunnen zijn aan veranderingen in het gebruik van de aangedane bovenste extremiteit zoals geïndexeerd door MAL en WMFT. Dit begeleidende project is innovatief omdat het de eerste poging is om de resultaten van psychofysische studies van de 'controle' van reik- en grijpacties te correleren met neuroimaging (fMRI)-onderzoeken die zijn ontworpen om het 'central motor set'-effect te benadrukken (Winstein et al. , 2000) waarbij gebruik werd gemaakt van een ontwerp met herhaalde metingen (3 herhaalde tests) met een factor tussen de groepen (behandelde en onbehandelde controlegroep). Deze studie vormt een aanvulling op het huidige onderzoek naar de verkenning van veranderingen in de hersenactiviteit met behulp van verschillende motorische activeringstaken en omstandigheden die zijn afgestemd om de wetenschap te lenen voor het onderzoek van deze klinisch gebaseerde therapie.

Met dit voorstel zijn we van plan de veranderingen in neurale activering (corticale reorganisatie) en motorische controle van reik- en grijpacties die rechtstreeks verband houden met CI-therapie te beoordelen in vergelijking met die geassocieerd met standaard en gebruikelijke zorg. Deze experimenten worden uitgevoerd op een andere dag dan de baseline-, post-test- en 6-maanden follow-uptests, maar ze worden binnen 1 week na die tests gepland. Dit ontwerp stelt ons in staat om de fysiologische neurale circuits en motorische controlevariabelen te verkennen die de verwachte gedragsverandering bemiddelen die samenhangt met CI-therapie (behandelde groep) en standaard- en gebruikelijke zorg (uitgestelde interventiegroep) en de persistentie van die verandering in een groep subpatiënten te karakteriseren. -acute overlevenden van een beroerte met relatief kleine laesies en enig vermogen om de pols en vingers aan de hemiparetische zijde te bewegen.