Warunkowanie operacyjne dla neuromodulacji

Celem tego badania jest zbadanie neuromodulacji jako nowego podejścia do usprawnienia rehabilitacji osób z zaburzeniami ruchu kończyn górnych po urazach neurologicznych, takich jak udar mózgu lub uraz rdzenia kręgowego. Pojawiające się dowody pokazują, że zwierzęta i ludzie mogą kontrolować poziom pobudliwości w szlakach nerwowych, które przyczyniają się do ruchu. To odkrycie ma ważne implikacje, ponieważ stanowi nową strategię poprawy kontroli motorycznej u osób na każdym poziomie sprawności, w tym u osób ze schorzeniami neurologicznymi. Warunkowanie instrumentalne jest dobrze zbadanym mechanizmem uczenia się, w którym modyfikacja zachowania może być spowodowana konsekwencją zachowania. Zachowania nagradzane pozytywnym wzmocnieniem pojawiają się częściej. W ostatnich latach warunkowanie instrumentalne zastosowano do reakcji odruchów rdzeniowych u myszy, szczurów, małp i ludzi. Dowody sugerują, że możliwe jest zwiększenie lub zmniejszenie pobudliwości obwodu nerwowego poprzez elektryczną stymulację nerwu lub obszaru mózgu, a następnie rejestrację odpowiedzi mięśniowej i nagradzanie odpowiedzi, które mieszczą się w pożądanym zakresie. Może to zmienić poziom spoczynkowego napięcia mięśniowego, a także udział mięśnia w ruchach intencjonalnych i jego gotowość do reagowania na nieoczekiwane zakłócenia. Do tej pory tylko jedna grupa badawcza zastosowała warunkowanie instrumentalne w celu poprawy wydajności motorycznej u ludzi. Ich praca skupiła się na modyfikacji odruchów rdzeniowych mięśni kończyn dolnych i wpływie na chodzenie. W proponowanym projekcie rozszerzymy zastosowanie warunkowania instrumentalnego na mięśnie kończyny górnej i osoby z zaburzeniami ruchowymi po udarze i urazie rdzenia kręgowego oraz na inną ścieżkę nerwową poza odruchem rdzeniowym.

Badanie to będzie obejmowało procedury niezbędne do pomiaru pobudliwości układu nerwowego na poziomie rdzenia kręgowego oraz na poziomie mózgu. Pobudliwość odruchów rdzeniowych będzie oceniana ilościowo przez elektryczną stymulację nerwów obwodowych i rejestrację odpowiedzi mięśniowej (tj. odruchu H) za pomocą elektromiografii. Pobudliwość szlaku motorycznego z mózgu do mięśnia (przewód korowo-rdzeniowy) zostanie określona ilościowo poprzez stymulację określonego obszaru mózgu (kory ruchowej) za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i zarejestrowanie odpowiedzi mięśniowej (tj. Motoryczny potencjał wywołany) za pomocą elektromiografii. Ponadto upośledzenie ruchu kończyny górnej zostanie ocenione poprzez pomiar napięcia mięśniowego, czucia, zdolności do generowania siły i wydajności w ramach komputerowego zadania kontroli motorycznej nadgarstka. U pacjentów ze schorzeniami neurologicznymi funkcja kończyny górnej zostanie oceniona za pomocą standardowych testów, w tym testu Fugla-Meyera do oceny kończyny górnej, testu Action Research Arm Test oraz testu Box and Blocks. To badanie przetestuje skuteczność warunkowania instrumentalnego jako interwencji mającej na celu modyfikację pobudliwości nerwowej. Po testach wyjściowych badani wezmą udział w maksymalnie 12 sesjach pozorowanej interwencji, po których nastąpią maksymalnie 24 sesje rzeczywistej interwencji warunkowania instrumentalnego. Każda sesja będzie obejmowała 225 prób (3 zestawy po 75), trwające około 30 minut. W przypadku każdej próby podczas rzeczywistej interwencji bodziec zostanie dostarczony, podczas gdy osoba badana utrzymuje skurcz mięśni na niskim poziomie, rejestrowana jest reakcja mięśnia na stymulację, a natychmiastowa informacja zwrotna zostanie wyświetlona na ekranie komputera, pokazując osobie badanej, czy reakcja mięśni była w pożądanym zakresie lub nie. Na przykład zielony pasek pojawi się, jeśli reakcja mięśni była „dobra”, w przeciwnym razie pojawi się czerwony pasek. Po każdej próbie wyświetlany i aktualizowany będzie także „procentowy sukces” podmiotu. Podczas pozorowanej interwencji wszystkie procedury będą identyczne, z wyjątkiem tego, że pacjentowi nie zostanie przekazana żadna informacja zwrotna i nie będzie żadnych instrukcji, aby zwiększyć lub zmniejszyć reakcje mięśni.

U zdrowych osób będziemy dążyć do przesunięcia pobudliwości odruchów rdzeniowych (odruchów H) mięśnia kończyny górnej w górę lub w dół, rozszerzając wcześniejsze ustalenia wykazujące te efekty w mięśniu kończyny dolnej, bez wpływu na normalną zdolność ruchu (Thompson i in. in., 2009, Makihara i in., 2014). Również u osób zdrowych będziemy dążyć do przesunięcia pobudliwości szlaku z mózgu do mięśni w górę lub w dół, wykorzystując instrumentalne warunkowanie motorycznych potencjałów wywołanych. Tylko jedno wcześniejsze badanie (Majid i in., 2015) wykazało przesunięcie w dół, a pierwsze badania badające zdolność do zwiększania motorycznych potencjałów wywołanych są obecnie w toku. Osoby ze schorzeniami neurologicznymi często mają nienormalnie zwiększoną pobudliwość odruchową kręgosłupa wpływającą na niektóre mięśnie, co skutkuje zwiększonym napięciem, sztywnością i trudnościami w poruszaniu się. Dlatego będziemy dążyć do zmniejszenia pobudliwości odruchów rdzeniowych w nadaktywnych mięśniach poprzez wywoływanie odruchów H i nagradzanie odpowiedzi, które są poniżej progu. Ponadto osoby z chorobami neurologicznymi często mają zakłócone połączenia między mózgiem a mięśniami, co skutkuje osłabieniem (zmniejszona zdolność do generowania siły). Dlatego będziemy dążyć do zwiększenia pobudliwości szlaku z mózgu do mięśnia, poprzez wywoływanie motorycznych potencjałów wywołanych i nagradzanie odpowiedzi, które przekraczają próg.