Подход к обучению двигательному обучению с увеличением ошибок у пациентов, перенесших инсульт

Восстановление движений верхних конечностей после инсульта неполное. Инсульт является ведущей причиной длительной сенсомоторной инвалидности, включая стойкие нарушения функции верхних конечностей (ВЛ). Понимание того, как улучшить восстановление UL, является основным научным, клиническим и терпеливым приоритетом. Тем не менее, несмотря на многочисленные исследования, направленные на определение наиболее эффективных реабилитационных вмешательств, основанных на установленных принципах двигательного обучения и нейропластичности, восстановление ВП после инсульта остается неполным. Действительно, даже при терапии сенсомоторный дефицит UL сохраняется у значительной части (до 62%) выживших после инсульта в течение > 6 месяцев, что приводит к высокому социально-экономическому бремени.

НАРУШЕНИЯ МОТОРНОГО КОНТРОЛЯ: Следствием основного дефицита контроля после инсульта является гемипарез, характеризующийся сниженной способностью задействовать мышцы-агонисты, нежелательную/неадекватную мышечную активацию (например, спастичность, одновременное сокращение мышц-агонистов и мышц-антагонистов), аномальное время активации мышц, слабость и изменение свойств мышечных волокон. Это приводит к дефициту способности изолировать движения суставов и соответствующим образом комбинировать различные суставы для выполнения функций, связанных с задачей. Мы накопили существенные данные, свидетельствующие о том, что двигательный дефицит и спастичность связаны с общим дефицитом контроля в спецификации и регуляции пространственных порогов (ST) рефлекса растяжения и других проприоцептивных рефлексов. ST выражены в пространственной (угловой), а не во временной (латентной) области. Регуляция ST представляет собой хорошо зарекомендовавший себя механизм контроля рефлексов растяжения у животных и рефлексов и движений у людей.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ST И МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ: Пространственный порог (ST) представляет собой суставной угол, при котором мышцы начинают рекрутироваться и начинают действовать постуральные рефлексы и другие рефлексы. Смещая ST, мозг сбрасывает механизмы стабилизации позы на новое положение конечности или тела. Эти механизмы объединяются для регулирования ST в многомышечных системах в соответствии с конфигурацией тела и требованиями задачи. Инсульт приводит к дефициту регуляции ST. Повреждения центральной нервной системы (ЦНС), затрагивающие нисходящие и спинальные механизмы, а также внутренние механизмы, приводят к ограничениям регуляции ST. В результате пассивные или активные движения, превышающие угловой порог, ST (диапазон спастичности), вызывают аномальную рефлекторную активацию мышц. ST зависит от скорости, что снижает диапазон активного контроля у пациентов с инсультом и их способность совершать более быстрые движения.

ПОДХОД ВМЕШАТЕЛЬСТВА: Наш подход предназначен для увеличения диапазона безрефлекторного движения локтя при гребке. Адаптация движения локтевого сустава к новой нагрузке (т. е. способность к исправлению ошибок) у больных с хроническим инсультом существенно улучшалась при выполнении движений в диапазоне активного контроля (где спастичность не влияла на сокращение мышц) по сравнению с безрефлекторным ассортимент не определился. Соответственно, потенциал для двигательного обучения может быть улучшен путем учета диапазона нарушенных движений локтевого сустава в правильно спланированных испытаниях. Чтобы избежать движений, выполняемых с аномальными паттернами мышечной активации и другими компенсациями (плохая пластичность), тренировочные программы будут адаптированы к двигательным способностям человека и включают подходы, которые количественно определяют и увеличивают диапазон суставов, выполняемых с типичными паттернами мышечной активации. В этом предложении мы будем использовать робота и новый обучающий интерфейс виртуальной реальности, чтобы управлять способностью производить контролируемые движения в локтевом суставе, что является распространенным нарушением у людей с умеренным и тяжелым инсультом. Предлагаемый персонализированный подход к обучению фокусируется на предоставлении конкретной обратной связи для увеличения диапазона регуляции ST у человека.

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ ПО УВЕЛИЧЕНИЮ ОШИБКИ (EA): обратная связь по увеличению ошибки будет использоваться для увеличения активной контрольной зоны ST локтя. EA использует внутреннее обучение, основанное на ошибках, чтобы улучшить способность ЦНС использовать преимущества кинематической избыточности и находить осмысленные решения двигательных задач. В частности, испытуемым предоставляется обратная связь, которая усиливает их двигательные ошибки. Было показано, что манипулирование сигналами ошибок стимулирует улучшение сенсомоторной ВЛ как у здоровых людей, так и у людей, перенесших инсульт, при этом больший прирост обучения происходит, когда ошибки больше. Обратная связь EA будет использоваться для динамического переназначения активного диапазона управления локтем. Визуальная обратная связь об угле локтя будет изменена, чтобы казалось, что локоть двигается меньше, чем на самом деле. Таким образом, когда реальный локоть двигается, испытуемый воспринимает локоть как движущийся меньше и пытается исправить ошибку, разгибая локоть дальше. Диапазон активного управления будет расширен за счет того, что субъекты будут работать вблизи или только на пределе своего диапазона ST. Изменение отношения восприятия/действия произойдет, когда афферентная обратная связь станет ассоциироваться с большим углом локтя. Учитывая ключевую роль ошибок в моторном обучении, искусственное увеличение ошибки производительности с помощью EA увеличит диапазон активного контроля каждого человека и приведет к более быстрому обучению.

ВЛИЯНИЕ НА РЕАБИЛИТАЦИЯ: Результаты будут способствовать накоплению знаний, которые помогут клиницистам и их пациентам определить наилучший тип тренировок для функционального восстановления UL - важного компонента реинтеграции в повседневную жизнь. Выводы также могут способствовать смене парадигмы в клинической практике, побуждая специалистов по реабилитации рассматривать варианты персонализированного вмешательства для улучшения результатов. Расширение терапевтических возможностей также может способствовать персонализированному уходу, адаптированному к конкретным потребностям пациента, и привести к лучшим функциональным результатам.

Задача 1. Определить эффективность персонализированных упражнений с использованием ЭА для расширения диапазона активного контроля над локтевым суставом у пациентов, перенесших инсульт. Гипотеза 1: Внутренняя обратная связь об ошибке движения в локтевом суставе приведет к динамическому перераспределению механизмов контроля на уровне мышц и улучшит диапазон активных движений в локтевом суставе. Гипотеза 2: Субъекты, практикующие ЭА, смогут использовать больший диапазон локтевого сустава в функциональных движениях, что отражается в лучших клинических результатах.

Задача 2. Определить оптимальную дозу интенсивных упражнений для конкретного пациента для максимального восстановления моторики рук. Гипотеза 3: Увеличение тренировочной дозы приведет к улучшению кинематических и клинических результатов и улучшению моторного обучения.

Задача 3 - Соотнести степень повреждения CST с восстановлением UL на основе кинематических и клинических показателей. Гипотеза 4: Большее повреждение CST будет коррелировать с худшим моторным обучением и клиническими результатами.

Две группы, продолжительность обучения,

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ТРЕНИРОВКИ: 54 испытуемых будут выполнять ~ 30 минут за сеанс достижения цели пораженной рукой. Чтобы контролировать интенсивность, практика будет увеличена до времени, необходимого для выполнения 138 подходов за сеанс с 6-10 секундами между подходами. Занятия будут проводиться 3 раза в неделю в течение 9 недель (т. е. 27 занятий, 810 минут, 3726 попыток) — считается, что это высокоинтенсивные упражнения, рекомендованные Круглым столом по восстановлению и реабилитации после инсульта. Кинематические и клинические измерения будут проводиться до (PRE), через 3 (POST3), 6 (POST6) и 9 недель (POST9) и после 4-недельного наблюдения (FOLL-UP).

РАЗМЕР ВЫБОРКИ: для расчета размера выборки использовалась минимальная важная клиническая разница (MCID) основного критерия исхода (ST). MCID ST был определен как 18,07 ° с использованием метода на основе якоря (изменение FMA> MCID 5,25). Учитывая уровень α 5% и мощность 95% (величина эффекта = 1,39) для обнаружения различий с использованием смешанной модели ANOVA (G * Power 3.1.9.4), минимальный размер выборки составляет 21 человек на группу. Размер выборки был увеличен до 27 человек на группу с учетом показателя отсева 25%, учитывая необходимость посещения нескольких учебных/оценочных занятий для окончательной когорты из 54 субъектов.

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. Мы свяжем изменения в двигательном поведении с начальным клиническим статусом (ДО) и изменениями после лечения (ПОСЛЕ) в 3 временных точках (ПОСЛЕ1, ПОСЛЕ2, ПОСЛЕ3) и при последующем наблюдении (ПОСЛЕДУЮЩИЕ). Статистические подходы основаны на анализе намерения лечить. Описательный/распределительный анализ выявит основные демографические и клинические характеристики и проконтролирует различия в исходных прогностических показателях между группами. Для объекта. 1-3, мы будем использовать смешанную модель повторных измерений ANOVA для первичных и вторичных результатов, где модель включает один межсубъектный фактор - группу с 2 уровнями (EA, без EA) и один внутрисубъектный фактор - время (5 уровней). , используя нормализованные оценки изменений (т. е. ПОСЛЕ-ДО/ДО; ПОСЛЕДУЮЩИЕ-ДО/ДО). Мы будем считать изменения в первичных и вторичных исходах значительными, если их 95% доверительные интервалы (ДИ) превышают MCID для каждой меры. Чтобы контролировать травму %CST как потенциальный смешанный фактор, мы проведем параллельный анализ ANCOVA, используя %CST в качестве ковариации. Это повысит статистическую мощность и скорректирует базовые групповые различия, оценивая несмещенную разницу в первичных исходах. Этот дизайн исследования использовался в нашем предыдущем РКИ. Для рабочей области активной руки значимость будет определяться >10% изменением площади предварительного теста на основе увеличения TSRT не менее чем на 18°. Для диапазона движения локтевого сустава значительное изменение будет составлять 15% от диапазона до теста. Для вторичных результатов будут использоваться значения MCID, если они известны. Для мер, для которых MCID неизвестны, мы будем считать минимально значимое изменение >15% от значения до тестирования. Множественный линейный регрессионный анализ объединенных данных выявит взаимосвязь между субъектами с различными уровнями начального клинического ухудшения (% травмы по шкале CST) и первичными и вторичными показателями исхода. Во всех анализах пол будет учитываться как смешанный фактор. В то время как у мужчин частота инсультов с поправкой на возраст выше, женщины переносят более тяжелые инсульты и имеют более высокую краткосрочную смертность. Лучшее понимание влияния секса на терапевтические вмешательства может привести к улучшению лечения инсульта. Для всех моделей остаточные графики будут проверяться на предмет линейности, нормальности и гомоскедастичности. Коллинеарность будет оцениваться на основе допуска, вариации инфляции и собственных значений. Частичная корреляция и стандартизированные (бета) коэффициенты будут изучены, чтобы продемонстрировать, какие независимые переменные оказывают большее влияние на зависимую переменную в моделях множественной регрессии. Для каждого исхода вариабельность будет оцениваться на основе 95% ДИ. Отсутствующие данные будут проверены на наличие неслучайных закономерностей.

УПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯМИ: Ежедневное управление испытаниями будет нести ответственность за руководящий комитет (Левин, Аршамбо, Писцителли). Рандомизация будет сделана Левином. Координация испытаний и обработка данных будут осуществляться Piscitelli. Команда имеет дополнительный опыт, непосредственно относящийся к предложению, и обширный опыт проведения исследований инсульта. Бывший пациент (GG), участвовавший в наших предыдущих исследованиях, поможет оценить осуществимость и приемлемость технологии и протокола, включая клинические и кинематические тесты. Писцителли будет координировать испытание, помогать контролировать студентов и позаботится о повседневном управлении. Прево (координатор клинических исследований) будет набирать и оценивать пациентов из 3 центров CRIR. Левин и Вин имеют опыт в области визуализации, а Фельдман — в области контроля моторики. Вейн — невролог по инсульту в MNI, где он провел несколько РКИ. Тривино (физиотерапевт) участвовал в нескольких проектах клинических исследований в JRH с использованием технологий реабилитации пациентов с инсультом. Берман (инженер-реабилитолог) разработал роботизированное/VR-вмешательство и вместе с Левиным провел первоначальные технико-экономические обоснования. Мы будем распространять результаты среди инсультных бригад в больницах, входящих в CRIR, посредством презентаций без отрыва от работы и обсуждать проблемы измерения и управления UL. Инструменты диагностической визуализации и знания о контроле моторики будут переданы исследователям, врачам и пациентам. Возможность внедрения разработанной технологии в клинические условия будет оцениваться клиницистами Тривино и Вейном и пациентом Г.Г.