Kranial nerv neuromodulering för att förbättra armfunktion och hjärnans plasticitet vid stroke (CN-NINM)

Återstående muskelsvaghet i den drabbade övre extremiteten (UL) har en signifikant negativ inverkan på utförandet av dagliga aktiviteter (ADL) hos individer med stroke. Studier rapporterar att graden av UL-svaghet är starkt korrelerad till funktionsnivån i ADL, vilket påverkar den övergripande nivån av självständighet efter stroke.

Motorisk återhämtning efter stroke är främst förknippad med det centrala nervsystemets förmåga att omorganisera, eller neuroplasticitet. Neuroplasticitet kan bedömas med icke-invasiv transkraniell magnetisk stimulering (TMS). TMS gör det möjligt att bedöma excitabiliteten hos den nedåtgående kortikospinalvägen, den huvudsakliga motorvägen som kontrollerar rörelser i armar och ben och bål. Amplituden av TMS-framkallade motoriska framkallade potentialer (MEP) ger ett direkt mått på excitabiliteten hos kortikospinalneuroner och studier har visat att MEP-amplituder kan användas för att undersöka neuroplastiska förändringar associerade med motorisk återhämtning och är goda prediktorer för en individuell respons på träning efter stroke. I en nyligen genomförd studie om UL-övningar hos överlevande av kronisk stroke, användes baslinje MEP-amplituder för att uppskatta deltagarnas potential för återhämtning och för att skräddarsy intensiteten i UL-träningsprogrammet därefter. Genom att stratifiera dem baserat på deras MEP-amplituder, visade alla deltagare, oavsett deras nivå av återhämtning efter stroke, betydande förbättringar i UL-funktionen efter deras skräddarsydda träningsprogram. Sammantaget tyder dessa resultat på att bedömning av MEP-amplitud kan ge ett effektivt sätt att utvärdera neuroplasticitet samt att hjälpa till att iscensätta och skräddarsy individers träningsintervention för att optimera återhämtning efter stroke.

För att förbättra neuroplasticiteten är träningsövningar avgörande för rehabilitering efter stroke eftersom de möjliggör förbättring av UL-motorisk funktion och styrka samt främjar hjärnans plasticitet, vilket leder till ökad användning av UL i ADL. För att dra nytta av fördelarna med styrketräning för att främja motorisk återhämtning och neuroplasticitet, studeras icke-invasiv hjärnneurostimulering (NIBS) i allt högre grad som en tilläggsterapi vid strokerehabilitering. Hittills är transkraniell likströmsstimulering (tDCS) den mest studerade NIBS, men en stor variation i svar på tDCS noteras, med mer än 50% av individerna som inte svarar som förväntat. Denna heterogenitet över studier i tDCS-svar kan förklaras av frånvaron av en konsensus om optimala stimuleringsparametrar, påverkan av individuella hjärnans anatomiska egenskaper på svaret på tDCS och närvaron av en elektrisk ström som shuntar genom skallen. För att motverka påverkan av interindividuell anatomisk variabilitet och elektrisk strömshunting av skallen, undersöker nya studier nu kranialnervstimulering som en tilläggsterapi vid stroke i kombination med rehabilitering. En framväxande NIBS-terapeutisk enhet, som stimulerar två stora kranialnerver, trigeminus- och glossofaryngealnerverna, genom tungstimulering, är på väg in i neurologisk rehabilitering, det vill säga kranialnervens icke-invasiva neuromodulering (CN-NINM). Genom att applicera elektroder direkt på tungan tillåter CN-NINM generering av ett direkt flöde av neurala impulser som reser till hjärnstammens kranialnervkärnor och sedan till den motoriska cortex för att inducera riktade neuroplastiska förändringar i kombination med rehabiliteringsbehandlingar. Efter olika neurologiska skador och i kombination med många ingrepp, resulterar CN-NINM i förbättrad funktionell prestation såsom gång och balans. Neuroplasticitetsförändringar har också observerats såsom en ökning av hjärnans betaaktivering mätt med elektroencefalografi och ökad aktivering i det primära motoriska cortexområdet. Efter stroke har endast en studie jämfört effekten av CN-NINM kombinerat med ett 2-veckors balans- och gångträningsprogram (experimentell grupp) med ett 2-veckors balans- och gångträningsprogram enbart (kontrollgrupp) på funktionell prestation, som bedöms med Mini-Best-testet, hos individer i det subakuta skedet av en stroke. Baserat på Mini-Best testresultat noterades en förbättring av balansen i experimentgruppen jämfört med kontrollgruppen (p=0,032). Även om det är lovande, har CN-NINM inte studerats för att förbättra UL-funktionen, trots den negativa effekten av UL-försämring på funktionsprestanda efter stroke. För att lägga grunden för tillämpbarheten av denna NIBS vid stroke är det också avgörande att förstå de neurofysiologiska effekterna av CN-NINM genom att utvärdera neuroplasticitetsförändringar.

Mål: Huvudsyftet är att bedöma effekten av CN-NINM i kombination med ett skräddarsytt UL styrketräningsprogram på förbättring av UL-funktion och hjärnans excitabilitet hos individer i det kroniska skedet av en stroke. Det sekundära målet är att bedöma förekomsten av ett samband mellan UL funktionell vinst och förändring i hjärnans excitabilitet för studieprovet.

Metoder: I denna multicenterade stratifierade randomiserade kontrollerade studie kommer 74 deltagare att rekryteras och stratifieras enligt baslinjeamplituden för deras TMS-inducerade MEP-svar i tre strata av träningsintensitet: 1) lågintensiv (MEP 20-49μV); 2) måttlig intensitet (MEP 50-120uV) och 3) högintensiv (MEP>120uV). . Inom varje stratum kommer deltagarna att randomiseras till experimentgruppen (riktig CN-NINM + UL styrketräning) eller kontrollgruppen (sken CN-NINM + UL styrketräning). Sociodemografiska och strokerelaterade variabler (t.ex. ålder, tid sedan stroke) kommer att samlas in för att bekräfta deltagarnas behörighet. Före och i slutet av interventionen kommer deltagarna att genomgå en klinisk utvärdering av sin drabbade UL samt en neurofysiologisk hjärnutvärdering med TMS. Interventionen kommer att bestå av ett 4-veckors UL-styrketräningsprogram (3X/vecka, 60 minuters varaktighet) kombinerat med en 20-minuters CN-NINM-applikation. För experimentgruppen kommer intensiteten av stimulansen att ställas in av varje deltagare till en behaglig känsla, liknande känslan i munnen på en läsk. För kontrollgruppen kommer deltagarna att bära enheten som experimentgruppen, men intensiteten kommer att kontrolleras av tränaren och ställas in på en icke-märkbar stimulans.