Adaptacja neuronowa po przeniesieniu ścięgna i treningu w tetraplegii

Przywrócenie funkcji kończyny górnej jest oceniane jako jeden z najwyższych priorytetów dla osób z tetraplegią. Przywrócenie aktywnego chwytu i siły szczypania dłoni można osiągnąć poprzez procedury przeniesienia ścięgna, w których ścięgno silnego mięśnia proksymalnego jest chirurgicznie ponownie przyczepiane do ścięgna sparaliżowanego mięśnia. Powszechną procedurą przywracania bocznego (kluczowego) szczypania jest przeniesienie dystalnego ścięgna jednego z trzech mięśni zginaczy łokcia, mięśnia ramienno-promieniowego (Br) do ścięgna sparaliżowanego zginacza kciuka, zginacza długiego kciuka (FPL). Powrót funkcjonalnego szczypania zależy od tego, jak dobrze pacjent nauczy się aktywować Br, aby zgiąć kciuk przez jego nowy dystalny przyczep, a także kontrolować zgięcie łokcia przez jego bliższy przyczep. Poprzednia praca badaczy pokazuje, że biorcy Br do FPL nie aktywują w pełni przeniesionego Br i mogą nie osiągnąć optymalnego stanu funkcjonalnego samodzielnie lub z tradycyjnymi terapiami. Badacze proponują, aby udział w pooperacyjnym programie treningowym opartym na zadaniach prowadził do zmian korowych, które wpływają na zdolność funkcjonalną (szczypanie).

Niedawne badania osób z SCI szyjki macicy pokazują, że po urazie może wystąpić znaczna reorganizacja kory, ale nie badano neuronalnych substratów uczenia się motorycznego po przeniesieniu ścięgna. W przypadku tych pacjentów bardzo niewiele wiadomo o tym, jakie funkcjonalne zmiany w mózgu towarzyszą poprawie wydajności w odpowiedzi na dodatkową interwencję. Transfer Br do FPL zmienia centralne sprzężenie zwrotne z obwodu i może pozwolić na nowe lub adaptacyjne ścieżki nerwowe, które mogą osiągnąć większe funkcjonalne wykorzystanie transferu ścięgien. Techniki neuroobrazowania, takie jak funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI), stały się ważnymi narzędziami do zrozumienia plastyczności układu nerwowo-mięśniowego i do oceny neuronalnych podstaw udanych nowatorskich interwencji. Celem proponowanego badania jest zidentyfikowanie wzorca neuronowego, który jest powiązany z najlepszymi wynikami funkcjonalnymi (najwyższa siła szczypania) po przeniesieniu Br do FPL. Badacze wykorzystają fMRI i pomiary wydajności funkcjonalnej, aby znaleźć predyktory neuronowe i korelaty reedukacji mięśni. Oznacza to, że badacze spodziewają się, że udana pooperacyjna reedukacja mięśni będzie zależała od zwiększonego napędu korowego do przeniesionego Br w połączeniu z nowymi synergetykami, co znajdzie odzwierciedlenie w wynikach obrazowania neuronów.

Celem badania jest ocena aktywności nerwowej od biorców transferu Br do FPL po konwencjonalnej terapii oraz w odpowiedzi na dodatkowy domowy program treningowy, którego celem jest poprawa dobrowolnej aktywacji przeniesionego Br w funkcjonalnych zadaniach szczypania. 10-tygodniowy program treningowy jest oceniany w badaniu RRD Pilot (B0583P) i obejmuje wytwarzanie siły szczypania w różnych pozycjach kończyn górnych, biologiczne sprzężenie zwrotne z dynamometru szczypcowego oraz ćwiczenie wybranych zadań szczypania. Badacze przewidują, że wzrost amplitudy i rozkładu odpowiedzi zależnych od poziomu tlenu we krwi (BOLD) fMRI w korze czuciowo-ruchowej będzie leżał u podstaw poprawy kontroli motorycznej po operacji i po udanej interwencji w celu promowania ponownego uczenia się motorycznego.

Konkretne cele

1. Zdefiniuj korową reprezentację funkcji szczypania przed treningiem u pacjentów z SCI. Badacze określą ilościowo wzorzec (lokalizacja, objętość i intensywność) aktywacji korowej związanej z dobrowolnym szczypaniem u osób, które są rok po operacji przeniesienia ścięgna Br do FPL i konwencjonalnym programie terapeutycznym. Badacze stawiają hipotezę (H1), że większa objętość i intensywność aktywacji mózgu będzie korelowała z lepszą funkcją szczypania mierzoną siłą szczypania i wielkością aktywacji Br w szczypaniu. Wtórne analizy określą, czy lokalizacja aktywacji mózgu zmienia się w zależności od funkcji szczypania (siły) i specyficzności w stosunku do dobrowolnego zgięcia łokcia.
2. Oceń odpowiedź korową na program terapii domowej oparty na zadaniach. Korelaty adaptacji zadaniowej od okresu przed- do po-treningowego zostaną ocenione za pomocą fMRI. H2: Większa aktywacja (intensywność i objętość) w pierwotnej korze ruchowej (M1) i korze czuciowej przełoży się na zwiększoną dobrowolną aktywację przenoszonego Br w szczypaniu w porównaniu do zgięcia łokcia. Oparte na zadaniach pomiary rezultatów treningu będą obejmować wielkość izometrycznej siły szczypania, ocenę ilościową EMG aktywacji Br w szczypaniu i zgięciu łokcia.
3. Określ neuronowe sygnatury usprawnień motorycznych wywołanych zabiegami chirurgicznymi i treningami. H3: Po ukierunkowanym treningu zadaniowym aktywność mózgu podczas dobrowolnego szczypania rozszerzy się na sąsiednie obszary (większa reprezentacja, większa aktywność), w obszarach czuciowo-ruchowych mózgu, ułatwiając zdolność do dobrowolnego zwiększenia przenoszonej aktywacji Br podczas szczypania. Wtórne analizy skontrastują rozmiar i poziom aktywacji zmian w mózgu z aktywacją szczypania u pacjentów, którzy przechodzą szkolenie, w porównaniu z uczestnikami zdrowymi i nieoperacyjnymi.

Protokoły terapii pooperacyjnej po zabiegach przeniesienia ścięgna nie są dobrze zdefiniowane, stosowane niekonsekwentnie i brakuje dowodów na ich skuteczność. Proponowane tutaj badanie zbada zmiany korowe w celu oceny plastyczności zależnej od wyniku. W ten sposób można przewidzieć, dlaczego niektóre osoby nie trenują ponownie przeniesionego mięśnia tak dobrze, jak inne. Ustanowienie tego związku może prowadzić do zrozumienia mechanizmów skutecznych interwencji i może zidentyfikować dynamikę mózgu, która może stać się celem przyszłych terapii (np. biofeedback, stymulacja mózgu itp.).