Error Augmentation Motor Learning Training Tilnærming hos slagpasienter

Gjenoppretting av bevegelse av øvre lemmer etter slag er ufullstendig. Hjerneslag er en ledende årsak til langvarig sensorimotorisk funksjonshemming, inkludert vedvarende funksjonssvikt i øvre lemmer (UL). Å forstå hvordan man kan forbedre UL-gjenoppretting er en viktig vitenskapelig, klinisk og pasientprioritet. Likevel, til tross for mange studier som forsøker å identifisere de mest effektive rehabiliteringsintervensjonene basert på etablerte prinsipper for motorisk læring og nevral plastisitet, forblir gjenoppretting av UL etter slag ufullstendig. Faktisk, selv med terapi, vedvarer UL sensorimotoriske underskudd i en stor andel (opptil 62 %) av slagoverlevere i >6 måneder, noe som fører til en høy sosioøkonomisk belastning.

MOTORISK KONTROLLFORSTYRELSE: En konsekvens av det underliggende kontrollunderskuddet etter hjerneslag er hemiparese, karakterisert ved en redusert kapasitet til å rekruttere agonistmuskler, uønsket/upassende muskelaktivering (dvs. spastisitet, agonist- og antagonistmuskel-samkontraksjon), unormal muskelaktiveringstidspunkt, svakhet og endringer i muskelfiberegenskaper. Dette fører til mangler i evnen til å isolere leddbevegelser og hensiktsmessig kombinere ulike ledd for å utføre oppgaverelaterte funksjoner. Vi har samlet betydelige bevis som tyder på at bevegelsesunderskudd og spastisitet er assosiert med et vanlig kontrollunderskudd i spesifikasjonen og reguleringen av spatærskler (ST) for strekkrefleksen og andre proprioseptive reflekser. ST-er uttrykkes i det romlige (vinkelmessige) snarere enn det tidsmessige (latens) domenet. ST-regulering er en veletablert mekanisme for kontroll av strekkreflekser hos dyr og reflekser og bevegelser hos mennesker.

ST DEFINISJON OG HANDLINGSMEKANISMER: Romlig terskel (ST) er leddvinkelen der muskler begynner å rekrutteres og posturale reflekser og andre reflekser begynner å virke. Ved å skifte ST, tilbakestiller hjernen holdningsstabiliserende mekanismer til en ny lem- eller kroppsposisjon. Disse mekanismene kombineres for å regulere ST-er i multimuskelsystemer i henhold til kroppskonfigurasjon og oppgavekrav. Hjerneslag resulterer i underskudd i ST-regulering. Skader i sentralnervesystemet (CNS) som påvirker synkende og spinalmekanismer og iboende fører til begrensninger i ST-regulering. Som et resultat utløser passive eller aktive bevegelser forbi vinkelterskelen ST (spastisitetsområde), unormal refleksmuskelaktivering. ST er hastighetsavhengig og reduserer det aktive kontrollområdet hos slagpasienter og deres evne til å gjøre raskere bevegelser.

INTERVENSJONSTILNÆRING: Vår tilnærming er designet for å øke det refleksfrie området for albuebevegelser i slag. Tilpasning av albuebevegelse til en ny belastning (dvs. evnen til å korrigere feil) hos pasienter med kronisk hjerneslag ble vesentlig forbedret når bevegelse ble foretatt innenfor det aktive kontrollområdet (hvor spastisitet ikke påvirket muskelsammentrekning) sammenlignet med når den refleksfrie rekkevidde ble ikke identifisert. Følgelig kan potensialet for motorisk læring forbedres ved å vurdere omfanget av nedsatt albuebevegelse i riktig utformede forsøk. For å unngå å fremkalle bevegelser gjort med unormale muskelaktiveringsmønstre og andre kompensasjoner (dårlig plastisitet), vil treningsprogrammer være skreddersydd til bevegelseskapasiteten til individet og inkludere tilnærminger som kvantifiserer og forstørrer leddområdet laget med typiske muskelaktiveringsmønstre. I dette forslaget vil vi bruke en robot og et nytt VR-læringsgrensesnitt for å manipulere evnen til å produsere kontrollert bevegelse ved albuen, som er en vanlig svekkelse hos personer med moderat til alvorlig hjerneslag. Den foreslåtte tilnærmingen til personlig trening fokuserer på å gi spesifikk tilbakemelding for å øke en persons ST-reguleringsområde.

ERROR AUGMENTATION FEEDBACK (EA): Feilforsterkningstilbakemelding vil bli brukt for å øke den aktive kontroll ST-sonen i albuen. EA bruker iboende feildrevet læring for å forbedre CNSs evne til å dra nytte av kinematisk redundans og finne meningsfulle motoriske oppgaveløsninger. Spesifikt får forsøkspersoner tilbakemeldinger som forsterker deres motoriske feil. Manipulering av feilsignaler har vist seg å stimulere UL sensorimotorisk forbedring hos både friske og hjerneslag, med større læringsgevinster som oppstår når feilene er større. EA-tilbakemelding vil bli brukt til dynamisk å kartlegge det aktive albuekontrollområdet. Visuell tilbakemelding om albuevinkel vil bli modifisert, for å få det til å virke som om albuen beveger seg mindre enn i virkeligheten. Således, når den faktiske albuen beveger seg, oppfatter forsøkspersonen albuen som å ha beveget seg mindre og forsøker å rette opp feilen ved å forlenge albuen ytterligere. Det aktive kontrollområdet vil bli utvidet ved å ha forsøkspersoner som jobber nær eller like ved grensen av ST-rekkevidden. Omkartlegging av persepsjon/handling-forholdet vil skje når den afferente tilbakemeldingen blir assosiert med en større albuevinkel. Gitt nøkkelrollen til feil i motorisk læring, vil kunstig økning av ytelsesfeilen via EA øke hver enkelts aktive kontrollområde og føre til at læring skjer raskere.

PÅVIRKNING PÅ REHABILITERING: Resultatene vil bygge kunnskap som kan veilede klinikere og deres pasienter i å identifisere den beste typen trening for UL funksjonell utvinning - en viktig komponent for reintegrering i dagliglivets aktiviteter. Funn kan også støtte et paradigmeskifte i klinisk praksis, og oppmuntre rehabiliteringsutøvere til å vurdere personaliserte intervensjonsalternativer for å forbedre resultatene. Økende terapeutiske muligheter kan også bidra til personlig tilpasset omsorg som er skreddersydd til pasientens spesielle behov og føre til bedre funksjonelle resultater.

Mål 1 – Bestem effektiviteten av personlig trening ved å bruke EA for å utvide rekkevidden av aktiv albuekontroll hos personer etter slag. Hypotese 1: Indre tilbakemelding om bevegelsesfeil ved albuen vil føre til dynamisk remapping av kontrollmekanismer på muskelnivå, og forbedre rekkevidden av aktiv albueleddsbevegelse. Hypotese 2: Forsøkspersoner som praktiserer med EA vil være i stand til å inkorporere større albueleddsrekkevidde i funksjonelle bevegelser, noe som gjenspeiles i bedre kliniske resultater.

Mål 2 - Bestem den pasientspesifikke optimale dosen av intensiv trening for å maksimere armmotorisk restitusjon. Hypotese 3: Økt treningsdose vil føre til bedre kinematiske og kliniske utfall og bedre motorisk læring.

Mål 3 - Relatere mengden CST-skade til UL-gjenoppretting basert på kinematiske og kliniske mål. Hypotese 4: Større CST-skade vil være korrelert med dårligere motorisk læring og kliniske utfall.

To grupper, treningsvarighet,

TRENINGSVARIGHET: 54 forsøkspersoner vil utføre ~30 minutter/økt for å nå målet med sin berørte arm. For å kontrollere intensiteten, vil øvelsen bli utvidet til tiden som trengs for å fullføre 138 rekkevidder/økt med 6-10s mellom rekkeviddene. Økter vil bli utført 3 ganger/uke i 9 uker (dvs. 27 økter, 810 minutter, 3 726 forsøk) - anses å være høyintensiv trening som anbefalt av Stroke Recovery & Rehabilitation Roundtable. Kinematiske og kliniske mål vil bli gjort før (PRE), etter 3 (POST3), 6 (POST6), og 9 uker (POST9) og etter en 4 ukers oppfølging (FOLL-UP).

PRØVESTØRRELSE: Den minimale kliniske viktige forskjellen (MCID) for det primære utfallsmålet (ST) ble brukt til å beregne prøvestørrelsen. MCID for ST ble bestemt til å være 18,07° ved bruk av en ankerbasert metode (endring i FMA> MCID 5,25). Tatt i betraktning et α-nivå på 5 % og en 95 % effekt (effektstørrelse=1,39) for å oppdage forskjeller ved bruk av en blandet modell ANOVA (G*Power 3.1.9.4), er den minimale prøvestørrelsen 21/gruppe. Prøvestørrelsen ble økt til 27 per gruppe med tanke på en frafallsprosent på 25 % gitt behovet for å delta på flere trenings-/evalueringsøkter for en endelig kohort på 54 fag.

STATISTISK ANALYSE: Vi vil relatere endringer i motorisk atferd til initial klinisk status (PRE) og til endringer etter behandling (POST) ved 3 tidspunkter (POST1, POST2, POST3), og ved oppfølging (FOLL-UP). Statistiske tilnærminger er basert på intensjon-til-behandling-analyse. Beskrivende/distribusjonsanalyse vil fremheve demografiske og kliniske hovedkarakteristika og kontroll for forskjeller i prognostiske grunnlinjeindikatorer mellom grupper. For Obj. 1-3, vil vi bruke en gjentatte tiltak blandet modell ANOVA for primære og sekundære utfall der modellen inkluderer en mellom-subjekt faktor - gruppe med 2 nivåer (EA, ingen EA) og en innenfor-fag faktor - tid (5 nivåer) , ved å bruke normaliserte endringsskårer (dvs. POST-PRE/PRE; FOLL-UP-PRE/PRE). Vi vil vurdere endringer i de primære og sekundære resultatene som signifikante hvis deres 95 % konfidensintervaller (CI) overstiger MCID for hvert mål. For å kontrollere for %CST-skade som en potensiell forvirrende faktor, vil vi kjøre en parallell ANCOVA ved å bruke %CST som en kovariat. Dette vil øke den statistiske kraften og justere for grunnlinjegruppeforskjeller ved å estimere en objektiv forskjell på primære utfall. Dette studiedesignet har blitt brukt i vår tidligere RCT. For det aktive armarbeidsområdet vil betydningen indikeres ved en >10 % endring av PRE-testområdet, basert på en økning av TSRT på minst 18°. For albuens bevegelsesområde vil en signifikant endring være 15 % av pre-testområdet. For sekundære utfall vil MCID-verdier bli brukt når kjent. For tiltak der MCID ikke er kjent, vil vi vurdere en minimal signifikant endring som >15 % av pre-testverdien. Multippel lineær regresjonsanalyse på sammenslåtte data vil identifisere forhold mellom forsøkspersoner med ulike nivåer av initial klinisk svekkelse (%CST-skade) og primære og sekundære utfallsmål. Alle analyser vil vurdere sex som en forvirrende faktor. Mens menn har en høyere aldersjustert slagforekomst, opplever kvinner mer alvorlige slag og har høyere korttidsdødelighet. Bedre forståelse av påvirkningen av sex på terapeutiske intervensjoner kan føre til forbedret slaghåndtering. For alle modeller vil restplott bli undersøkt for å verifisere linearitet, normalitet og homoskedastisitet. Ko-linearitet vil bli vurdert basert på toleranse, variasjon av inflasjon og egenverdier. Partiell korrelasjon og standardiserte (beta) koeffisienter vil bli undersøkt for å vise hvilke forklaringsvariabler som har større effekt på den avhengige variabelen i de multiple regresjonsmodellene. For hvert utfall vil variabiliteten bli estimert basert på 95 % CI. Manglende data vil bli sjekket for ikke-tilfeldige mønstre.

PRØVELEDELSE: Daglig prøveledelse vil være styringskomiteens ansvar (Levin, Archambault, Piscitelli). Randomisering vil bli gjort av Levin. Prøvekoordinering og datahåndtering vil bli utført av Piscitelli. Teamet har komplementær ekspertise som er direkte relevant for forslaget og lang erfaring med å drive hjerneslagforskning. En tidligere pasient (GG) som har deltatt i våre tidligere studier vil bidra til å vurdere gjennomførbarheten og akseptabiliteten av teknologien og protokollen, inkludert kliniske og kinematiske tester. Piscitelli vil koordinere rettssaken, hjelpe til med veiledning av studenter og ta seg av den daglige ledelsen. Prevost (Clinical Research Coordinator) skal rekruttere og vurdere pasienter fra 3 sentre innen CRIR. Levin og Wien har ekspertise innen bildebehandling og Feldman innen motorisk kontroll. Wein er hjerneslagnevrolog ved MNI hvor han har utført flere RCT-er. Trivino (fysioterapeut) har deltatt i flere kliniske forskningsprosjekter ved JRH ved bruk av teknologistøttet rehabilitering hos pasienter med hjerneslag. Berman (rehabiliteringsingeniør) designet robot/VR-intervensjonen og gjennomførte de første mulighetsstudiene med Levin. Vi vil formidle funn til slagteam ved CRIR-tilknyttede sykehus gjennom in-service presentasjoner og diskutere problemer med UL-måling og -håndtering. Diagnostiske bildeverktøy og kunnskap om motorisk kontroll vil bli delt med forskere, klinikere og pasienter. Mulighet for å inkorporere den utviklede teknologien i kliniske omgivelser vil bli evaluert med klinikere Trivino og Wein og pasient GG.