Perseptuell-motorisk interaksjon for å forbedre bimanuell koordinasjon etter hjerneslag (Bimanual)

Overordnede materialer og metoder: De foreslåtte eksperimentene vil følge det generelle mønsteret vi har brukt i tidligere atferdspsykofysiske studier hos individer med og uten hjerneslag. Et kontrollert virtuelt miljø som registrerer kinematikk til armen og tillater bevegelsesinteraksjon i sanntid med en virtuell motoroppgave vil bli brukt. Et program som integrerer bevegelsesfangstsystem (Acsention Technology TrakSTAR) og MATLAB-basert GUI-spillmiljø tillater sporing av de to armene, eksperimenteringskontroll for spesifikk manipulasjon som posisjonen til den virtuelle klossen, målgap, relative bidrag fra armene og kartlegging av hver armbevegelse til bevegelsen til den virtuelle klossen for å gi tilbakemelding i sanntid og etter respons. Deltakerne vil sitte i en justerbar stol vendt mot en dataskjerm med bagasjerommet begrenset til stolen. Armene deres vil være fullstendig støttet på en bordplate med lav friksjon og fri til å bevege seg i det horisontale (X-Y) planet med minimal motstand. En ugjennomsiktig skjerm vil blokkere deltakernes direkte syn av armene. Magnetiske markører vil bli festet til hendene like proksimalt til håndleddsleddet, og posisjonen til markørene blir kartlagt til en virtuell murstein vist på dataskjermen. Den motoriske oppgaven er å flytte den(e) virtuelle klossen(e) til et(e) virtuell(e) målgap(er) på dataskjermen ved å flytte begge armene i 2D (X-Y) plan på lavfriksjonsbordet. Mens sanntids visuell tilbakemelding av klossen er tilgjengelig, kan klossen ikke føles haptisk. Fra et perseptuelt perspektiv, i uavhengig måltilstand, flytter hver arm sin egen virtuelle kloss til målgapet. I fellesmålstilstand ble en vanlig murstein flyttet på dataskjermen til et målvindu ved forhåndsbestemt vekting av hver armbevegelse.

Før eksperimentene begynner, vil deltakerne strekke seg med den paretiske armen i tre forskjellige retninger (135º, 90º og 45º i forhold til horisontalen) for å registrere maksimal rekkevidde for to forsøk i hver retning. Minimum rekkevidde avstand på tvers av de tre retningene vil bli brukt til å kalibrere start- og sluttposisjonen til målgapene. Målvindusposisjonen vil bli plassert ved 70 og 90 % av maksimal rekkevidde, orientert i 45º, 90º og 135º i forhold til horisontalen. Fra et motorisk utførelsesperspektiv vil bimanuell nå til 90º-målet kreve speilbevegelser av de to armene i foroverretning. Å nå 45º og 135º mål vil kreve parallelle bevegelser av de to armene i disse retningene. Speil og parallelle bevegelser har vist seg å kreve distinkte motoriske kontrollstrategier, så vel som forskjellige nivåer av transcallosal hemming, og har derfor blitt inkludert i denne studien.

Prosedyrer: Deltakerne vil komme til laboratoriet for en baseline-evaluering for å fastslå om de er kvalifisert til å delta i den eksperimentelle protokollen. I løpet av denne baseline-evalueringen vil vi utføre følgende tester: (1) Fugl-Meyer-undersøkelse, (2) Mini-mental skala, (3) Tester for hemineglekt ved hjelp av en linje-biseksjonstest, (4) Western Aphasia Battery for pasienter med Afasi (5) TMS sikkerhetsspørreskjema, (6) MR sikkerhetsspørreskjema, (7) Box and Block test samt (8) Penn Neurocognitive assessment.

Når pasientene er kvalifisert for studien, vil de komme til laboratoriet for tre separate økter. De to første øktene vil være atferdsøkter, mens den tredje økten vil være en nevrobildeøkt.

Under den første atferdsøkten vil deltakerne bli testet for bimanuell koordinering i to forskjellige oppgaver - virtuell virkelighet (VR)-basert oppgave og oppgaver i den virkelige verden. I den VR-baserte oppgaven vil vi teste totalt 240 forsøk under forskjellige forhold for å få en baseline ytelsesdata. Vi vil også la deltakerne utføre et batteri av bimanuelle oppgaver i den virkelige verden. I løpet av den andre økten vil vi teste effekten av to forskjellige perseptuelle signaler på bimanuell koordinasjon. Under mål 2-eksperimenter vil deltakerne bli instruert om å "flytte" en vanlig virtuell kloss med begge armer til målvinduene i tre retninger (speil-90º; parallell-45º og 135º) uten å vippe klossen innenfor en mål-MT på 800 millisekunder- 1.2 sekunder. Deltakerne vil fullføre fire 60-prøveblokker en pseudorandom rekkefølge. Hver blokk vil bestå av en distinkt oppgavetilstand avhengig av arten av perseptuelle signaler.

Betingelse 1 vil være lik den bimanuelle tilstanden med felles mål i Mål 1 hvor de vil transportere en felles virtuell blokk festet i horisontal posisjon til tre mål i pseudorandom rekkefølge. Bevegelsen til stangen vil være et uvektet gjennomsnitt av de to armbevegelsene; dvs. hver arm vil bidra til 50 % av den virtuelle stangbevegelsen (50-50 vekting). For betingelse 2 vil vektkoeffisientene til de to armene være like (dvs. 50-50); og den virtuelle klossen vil vippe i retning av den etterslepende armen proporsjonal med den relative tidsforsinkelsen mellom armene. Operasjonell definisjon av relativ tidsforsinkelse: Relativ tidsforsinkelse er annerledes enn absolutt tidsforsinkelse. Relativ tidsforsinkelse er tidsforsinkelsen mellom den relative timingen for hver arm innenfor sin bane. For å illustrere, hvis venstre og høyre arm bidrar til 70 og 30 % av mursteinsbevegelsen, vil relativ tidsforsinkelse ved midtbevegelsen være null hvis venstre og høyre arm har dekket halvparten av sine respektive baner. Derfor er relativ tidsforsinkelse påvirket av tidsmessig så vel som romlig komponent av bevegelsen til hver arm. Samtidig og etter-respons tilbakemelding om tilt og banen til den virtuelle klossen vil bli gitt etter hver prøveversjon.

Tilstand 3 vil være lik blokk 1 (blokk fast i horisontal posisjon), men armvektingen vil være 70-30. Betingelse 4: I tillegg til "tilt"-tilbakemeldingen om den relative tidsforsinkelsen, vil hver arm være differensielt vektet - dvs. den paretiske armen vil ha en høyere vektingskoeffisient sammenlignet med den ikke-paretiske armen. Nærmere bestemt vil den paretiske armen bidra til 70 % av den virtuelle klossbevegelsen, mens den ikke-paretiske armen vil bidra til 30 % av den virtuelle klossbevegelsen. 20 forsøk med bimanuell rekkevidde i hver retning (90º; 45º og 135º) vil bli fullført i pseudotilfeldig rekkefølge.