Perceptuell-motorisk interaktion för att förbättra bimanuell koordination efter stroke (Bimanual)

Övergripande material och metoder: De föreslagna experimenten kommer att följa det allmänna mönster som vi har använt i tidigare beteendepsykologiska studier på individer med och utan stroke. En kontrollerad virtuell miljö som registrerar armens kinematik och möjliggör rörelseinteraktion i realtid med en virtuell motorisk uppgift kommer att användas. Ett program som integrerar motion capture-system (Acsention Technology TrakSTAR) och MATLAB-baserad GUI-spelmiljö tillåter spårning av de två armarna, experimenterande kontroll för specifik manipulation såsom positionen för den virtuella tegelstenen, målgap, relativa bidrag från armarna och kartläggning av varje armrörelse till den virtuella tegelstenens rörelse för att ge feedback i realtid och efter respons. Deltagarna kommer att sitta i en justerbar stol vända mot en datorskärm med bålen begränsad till stolen. Deras armar kommer att vara helt stödda på en bordsskiva med låg friktion och fria att röra sig i det horisontella (X-Y) planet med minimalt motstånd. En ogenomskinlig skärm kommer att blockera deltagarnas direkta syn på sina armar. Magnetiska markörer kommer att fästas på deras händer precis proximalt till handledsleden och positionen för markörerna mappas till en virtuell tegelsten som visas på datorskärmen. Motoruppgiften är att flytta den eller de virtuella klossarna till ett eller flera virtuella målgap på datorskärmen genom att flytta båda armarna i 2D (X-Y)-plan på lågfriktionsbordet. Även om visuell feedback i realtid av tegelstenen är tillgänglig, kan tegelstenen inte kännas haptiskt. Ur ett perceptuellt perspektiv, i oberoende måltillstånd, flyttar varje arm sin egen virtuella kloss till målgapet. I gemensamt mål flyttades en vanlig kloss på datorskärmen till ett målfönster genom förutbestämd viktning av varje armrörelse.

Innan experimenten påbörjas kommer deltagarna att sträcka sig med den paretiska armen i tre olika riktningar (135º, 90º och 45º i förhållande till horisontalplanet) för att registrera det maximala räckviddsavståndet för två försök i varje riktning. Det minsta räckviddsavståndet över de tre riktningarna kommer att användas för att kalibrera start- och slutpositionen för målavstånden. Målfönstrets position kommer att placeras på 70 och 90 % av det maximala räckviddsavståndet, orienterat i 45º, 90º och 135º i förhållande till horisontalplanet. Ur ett motoriskt utförande perspektiv kommer bimanuell nå till 90º målet att kräva spegelrörelser av de två armarna i en riktning framåt. Att nå 45º och 135º mål kommer att kräva parallella rörelser av de två armarna i dessa riktningar. Spegel- och parallellrörelser har visat sig kräva distinkta motorkontrollstrategier, såväl som olika nivåer av transcallosal hämning, och har därför inkluderats i denna studie.

Procedurer: Deltagarna kommer till laboratoriet för en baslinjeutvärdering för att fastställa om de är behöriga att delta i experimentprotokollet. Under denna baslinjeutvärdering kommer vi att utföra följande tester: (1) Fugl-Meyer-undersökning, (2) Mini-mental skala, (3) Tester för hemineglekt med hjälp av ett linje-bisektionstest, (4) Western Aphasia Battery för patienter med Afasi (5) TMS säkerhetsenkät, (6) MRT säkerhetsenkät, (7) Box and Block test samt (8) Penn Neurocognitive assessment.

När patienterna är kvalificerade för studien kommer de till labbet för tre separata sessioner. De första två sessionerna kommer att vara beteendesessioner medan den tredje sessionen kommer att vara en neuroimaging session.

Under den första beteendesessionen kommer deltagarna att testas för bimanuell koordination i två olika uppgifter - virtuell verklighet (VR) baserad uppgift och verkliga uppgifter. I den VR-baserade uppgiften kommer vi att testa totalt 240 försök under olika förhållanden för att få en baslinjeprestandadata. Vi kommer också att låta deltagarna utföra ett batteri av bimanuella verkliga uppgifter. Under den andra sessionen kommer vi att testa effekten av två olika perceptuella signaler på bimanuell koordination. Under mål 2-experimenten kommer deltagarna att instrueras att "flytta" en vanlig virtuell tegelsten med båda armarna till målfönstren i tre riktningar (spegel-90º; parallell-45º och 135º) utan att luta klossen inom en mål-MT på 800 millisekunder- 1,2 sekunder. Deltagarna kommer att slutföra fyra 60-testblock i en pseudoslumpmässig ordning. Varje block kommer att bestå av ett distinkt uppgiftsvillkor beroende på vilken typ av perceptuella ledtrådar som tillhandahålls.

Villkor 1 kommer att likna det bimanuella villkoret för gemensamt mål i Mål 1 där de kommer att transportera ett gemensamt virtuellt block fixerat i en horisontell position till tre mål i pseudoslumpmässig ordning. Stångens rörelse kommer att vara ett oviktat medelvärde av de två armrörelserna; d.v.s. varje arm kommer att bidra till 50 % av den virtuella stångrörelsen (50-50 viktning). För villkor 2 kommer viktningskoefficienterna för de två armarna att vara lika (dvs. 50-50); och den virtuella klossen kommer att luta i riktning mot den eftersläpande armen proportionell mot den relativa tidsfördröjningen mellan armarna. Operationell definition av relativ tidsfördröjning: Relativ tidsfördröjning är annorlunda än absolut tidsfördröjning. Relativ tidsfördröjning är tidsfördröjningen mellan den relativa timingen för varje arm inom dess bana. För att illustrera, om vänster och höger arm bidrar till 70 och 30 % av klossens rörelse, kommer den relativa tidsfördröjningen vid mitten av rörelsen att vara noll om vänster och höger arm har täckt hälften av sina respektive banor. Därför påverkas den relativa tidsfördröjningen av den tidsmässiga såväl som rumsliga komponenten av varje arms rörelse. Samtidigt och efter-svar feedback om lutningen och vägen för den virtuella klossen kommer att tillhandahållas efter varje försök.

Villkor 3 kommer att likna block 1 (block fixerat i horisontellt läge), men armvikten kommer att vara 70-30. Villkor 4: Förutom "tilt"-feedbacken om den relativa tidsfördröjningen, kommer varje arm att vara differentiellt viktad, dvs. den paretiska armen kommer att ha en högre viktningskoefficient jämfört med den icke-paretiska armen. Specifikt kommer den paretiska armen att bidra till 70 % av den virtuella klossens rörelse medan den icke-paretiska armen kommer att bidra till 30 % av den virtuella klossens rörelse. 20 försök med bimanuell räckvidd i varje riktning (90º; 45º och 135º) kommer att slutföras i pseudoslumpmässig ordning.