Effekter av vibrationer på motorisk funktion hos överlevande av kronisk stroke

Varje år upplever mer än 600 000 amerikanska medborgare en allvarlig stroke. Efter akut vård har 30-40 % av dessa överlevande permanenta motoriska funktionsnedsättningar. De motoriska symtomen vid stroke inkluderar förlust av muskelkontroll på ena sidan av kroppen, spasticitet och förlust av koordination ("dyssynergi"). Inom några dagar efter stroken börjar överlevande patienter sjukgymnastik för att återställa rörelsen, och vissa återhämtar sig helt. Det finns dock över 5 miljoner individer bara i USA som inte har återhämtat sig och är allvarligt oförmögna för resten av sina liv. Återhämtningen av funktionen når vanligtvis en platå inom 6-12 månader efter en stroke. Denna återhämtning av funktion involverar förmodligen "plastiska" förändringar i hjärnbarken, där nya neurala kretsar organiserar sig för att ersätta de som skadats av skadan. Ursprunget till förlamning eller pares (d.v.s. partiell förlust av rörelse) och orsaken till spasticitet är oklara hos många strokepatienter. I en liten delmängd är hjärnvävnaden som skadats av stroken lokaliserad till den "primära motoriska cortex", som innehåller de nervceller som skickar rörelsesignaler till musklerna. Förlust av rörelse är lätt att förstå hos dessa individer. Men vid många stroke är skadan lokaliserad i andra delar av hjärnan eller är mer diffus, och rörelseförlust är inte lika lätt att förklara. I många delar av hjärnan integreras sensorisk information från olika källor, inklusive det proprioceptiva systemet, och vidarebefordras sedan till den motoriska cortexen för att producera rörelse.

Proprioception är känslan av kroppsposition och rörelse, som kommer från sensoriska receptorer i muskler, senor, hud och leder. Forskning utförd under de senaste två decennierna indikerar att proprioception är intimt involverad i motorisk koordination. Faktum är att individer som lider av en snabb förlust av proprioception de är funktionellt förlamade under en period. Hypotesen bakom vår strategi för strokerehabilitering är att, hos många överlevande av stroke, stör skadan på hjärnan en eller flera återkopplingsslingor som förbinder de proprioceptiva mottagande områdena i den primära somatosensoriska cortex (områdena 1, 2, 3a och 3b) till den primära och premotoriska cortex (område 4 och 6). Utan proprioceptiv information som matas in i motoroutputcentret kan hjärnan inte "lokalisera" de muskler som behövs för att rörelse ska uppstå. Vi antar att den synkrona och repetitiva aktiviteten hos ingångs- och utmatningsområdena i cortex stimulerar omorganiseringen av hjärnbanorna, och stänger därigenom den/de återkopplingsslingor som störs av stroken. I detta sammanhang är syftet med vår forskning att identifiera effekten av en handleds-/armbågs-robotassisterad träning i kombination med proprioceptiv träning som tillhandahålls av repetitiva vibrationsstimuli i senor i musklerna som är involverade i handleds-/armbågsflexion och -extension på frivillig rörelse som t.ex. nå rörelser hos individer med kronisk stroke.

I detta tillvägagångssätt för strokerehabilitering syftar utredarna till att förbättra plastiska förändringar i hjärnan efter skadan genom att upprepade gånger få nervcellerna i den primära somatosensoriska cortexen att skjuta synkront med nervceller i de funktionellt relaterade delarna av den motoriska cortexen. Detta tillvägagångssätt är utformat för att återuppbygga kopplingarna mellan inkommande proprioceptiv ingång och utgående motorutgång.

Forskningens mål är att utveckla procedurer för att rehabilitera deltagare > 1 år efter stroke som, genom konventionella terapier, inte förs till en nivå av maximal återhämtning. Syftet med det föreslagna projektet är att erhålla en uppsättning data från totalt 20 deltagare i kronisk stroke, alla med allvarliga funktionsnedsättningar i övre extremiteterna, i åldrarna 18-85, med hjälp av en robotbaserad terapeutisk anordning placerad i ett biomekaniskt laboratorium inom Shirley. Ryan AbilityLab. Dessa data kommer att tillåta oss att kvantifiera i vilken utsträckning en kombination av robotassisterad träning och senvibrationer inducerar sekundär återhämtning från stroke i den övre extremiteten.

Den föreslagna forskningsplanen omfattar en maskin med två huvudkomponenter, en rad rörelsesensorer och sensoriska stimulatorer (dvs mekaniska vibratorer). Maskinens rörelseomfångskomponent roterar den drabbade leden (t.ex. handled eller armbåge) och registrerar position och kraft. Deltagarens uppgift innebär att dra ihop muskler för att hjälpa till med den applicerade rörelsen. Visuell återkoppling av mängden kraft eller elektromyografisk (EMG) aktivitet som produceras av deltagaren visas på en datorskärm. Den assisterade rörelsen aktiverar nervcellerna i hjärnans motoriska cortex. Medan robotenhetens och deltagarens kombinerade ansträngningar upprepade gånger roterar deltagarens paretiska handled/armbåge till flexion och extension, levererar ett par vibratorer högfrekvent stimulering (60 pulser per sekund) till motsvarande senor på sidan av leden motsatt till agonistmusklerna. Vibration är känt för att vara en effektiv stimulans för muskelspindlar, de primära sensoriska receptorerna som bidrar till proprioception. Vibrationsstimulansen ökar, flera gånger, muskelspindlarnas naturliga respons på ledrotationen. Endast den förlängande senan vibreras vid varje given tidpunkt. Den vibrationsinducerade aktiveringen av muskelspindlar i den/de förlängande muskeln/musklerna tjänar till att aktivera nervcellerna i hjärnans somatosensoriska cortex. Således aktiverar assisterad träning nervceller i det motoriska utgångsområdet i cortex medan vibrationer samtidigt aktiverar de funktionellt relaterade nervcellerna i sensoriska inmatningsområdet, vilket ger en stimulans för att utveckla nya eller för att förbättra befintliga kopplingar mellan de två områdena.