联合经颅直流电刺激和基于运动意象的机械臂训练用于中风康复
联合经颅直流电刺激和基于运动意象的机械臂训练用于中风康复 - 一项可行性研究
中风是成人残疾的最常见原因。 目前对中风后上肢功能丧失的治疗效果仍然有限,特别是对于那些中度至重度损伤的患者。
以前的研究已经证明了经颅直流电刺激 (tDCS) 对中风后运动恢复的疗效,这是一种神经调节技术。 运动意象可有效增强运动恢复,激活与运动执行相似的神经通路。 这种治疗方法适用于严重受损的中风幸存者。 我们之前的研究已经证明了基于运动想象的脑机接口 (MI-BCI) 用于中风后运动障碍的可行性和有效性,其中运动想象通过表面脑电图检测并借助手臂机器人(MIT-Manus)。
在这项研究中,我们研究了将机器人辅助 MI-BCI 训练与 tDCS 相结合以促进中度至重度上肢功能受损患者中风后运动恢复的可行性。 我们假设 tDCS-BCI 和假 BCI 都会改善受中风影响的手臂的运动功能;但 tDCS-BCI 将比假 BCI 更有效。 我们的次要目标是通过使用经颅磁刺激 (TMS) 比较假 BCI 与 tDCS-BCI 后的皮质兴奋性变化来深入了解神经生理学机制。
我们将对 MI-BCI 联合 tDCS (tDCS-BCI) 与 MI-BCI 联合假 tDCS (sham tDCS-BCI) 进行随机、双盲研究。 受试者将接受 10 次 tDCS 训练,每次持续 20 分钟,然后在每次训练中进行 40 分钟的机器人辅助 MI-BCI 训练。 主要结果将是通过 Fugl-Meyer 评估的上肢部分测量的功能能力。 次要结果测量将是 Box & Block 测试、改良 Ashworth 评分(测量痉挛状态)、握力和大脑活动测量,包括经颅磁刺激(TMS)测量和磁共振成像(MRI)测量,包括功能性 MRI 和弥散张量成像(贸工部)。
这项研究对于开发一种新的有效治疗中风后运动障碍的方法 (tDCS-BCI) 很重要。
研究概览
详细说明
这是一项针对 32 名受试者的随机对照试验,这些受试者在参加研究前 9 个月内首次发生皮层下中风,上肢损伤为 11-45 分,Fugl-Meyer 评估量表的最高分为 66 分。
使用计算机生成的随机序列,受试者将被随机分配到以下两组之一:
- 为期 2 周的 MI-BCI 培训中有 10 节课,培训前有 20 分钟的 tDCS。
- 为期 2 周的 MI-BCI 训练中有 10 节课,训练前有 20 分钟的假 tDCS。
tDCS-BCI 协议 10 节 tDCS-BCI 或假 BCI 中的每一节都将按如下方式进行:tDCS 将在每次运动训练之前立即执行 20 分钟。 阳极将放置在受影响半球的 M1 运动皮层上,而阴极将放置在未受影响的 M1 上。
初始校准后,MI-BCI 训练将涉及使用 MIT-Manus 机器人系统的时钟游戏界面执行多向伸展运动的伸展任务的 MI。 在 BCI 上检测到向目标移动的意图后,机械臂将完成向目标的伸展运动。 每个培训课程将持续 40 分钟,不包括设置时间,并将由对 tDCS 状况不知情的研究助理进行。
结果测量 运动功能能力的改善将是本研究的主要结果。 将在以下时间点评估结果指标:治疗开始前、第 2 周(培训后即刻)和第 6 周(培训完成后 4 周)。 对治疗情况不知情的临床医生将评估干预的效果。 我们的主要结果指标将是 Fugl-Meyer 评估 (FMA) 的上肢评分。 该仪器测量上肢运动损伤,包括平衡、协调和速度。 运动功能的次要结果测量将包括 (1) 盒子和块测试:一项定时测试,要求受试者将 1 英寸的木块从盒子的一侧转移到另一侧。 它测量上肢的手灵巧度和粗大运动协调性。 (2) 改良的 Ashworth 量表:是一种 6 分制的痉挛量度。 我们将评估肩部、肘部、手腕和手指痉挛的严重程度。 (3) 握力:将使用手持式测力计测量。此外,我们将通过问卷调查记录刺激部位的疼痛和不适、情绪变化(使用贝克抑郁量表)、疲劳(使用疲劳严重程度量表)和认知变化(使用向前和向后的数字跨度)。皮质兴奋性评估? 单脉冲和成对脉冲 TMS 本研究的另一个目的是研究这种联合治疗对皮质可塑性的机制,如皮质兴奋性变化所指示 - 由单脉冲和成对脉冲 TMS 评估。 我们将根据上述结果测量时间表,研究治疗前后根据 Rossini 等人,1994 年的技术测量的静息运动阈值;配对脉冲刺激,测量皮质内促进和抑制的变化。
MRI 方案 将在 -2、0 和 4 周对患者进行扫描,以研究 tDCS/BCI 和假/BCI 治疗后 fMRI 和 DTI 参数的短期和中期变化。 将获取 T1 加权高分辨率扫描和一组轴向流体衰减反转恢复图像。 T1 加权和流体衰减反演恢复图像将被重新对齐并在空间上归一化为在 Matlab 中实现的各向同性体素大小的图像。数据分析将包括图像配准、扩散张量参数的估计,包括表观扩散系数、分数各向异性、轴向和径向使用卡米诺的扩散系数和纤维束成像。 将使用 Matlab 执行反相编码 EPI 失真校正以及 DTI、TMS 和临床发现的回归分析。对于 fMRI,将在静止状态、主动/被动手部运动和想象的手臂运动期间获得图像。 对于想象中的手臂运动,受试者将被要求观看屏幕上的视频以指导他们进行想象中的运动。
研究类型
注册 (实际的)
阶段
- 阶段2
联系人和位置
学习地点
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-
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Singapore、新加坡、119074
- National University Hospital
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参与标准
资格标准
适合学习的年龄
接受健康志愿者
有资格学习的性别
描述
纳入标准:
- 首次出血性或缺血性皮层下卒中在研究入组前 9 个月以上
- Fugl-Meyer 评估量表上的上肢损伤为 11-45
排除标准:
- 癫痫
- 忽视
- 认知障碍
- 其他神经或精神疾病
- 严重的手臂疼痛
- 肩部或肘部的改良 Ashworth 量表的痉挛评分 >2
- TMS 或 tDCS 的禁忌症(颅骨植入物、心室分流器、起搏器、鞘内泵)
- 握力<10kg,用测力计测得
- 参与针对中风运动恢复的其他干预措施或试验。
学习计划
研究是如何设计的?
设计细节
- 主要用途:治疗
- 分配:随机化
- 介入模型:并行分配
- 屏蔽:双倍的
武器和干预
参与者组/臂 |
干预/治疗 |
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有源比较器:带有 MI-BCI 的实时 tDCS
以下 10 节课:在使用 MI-BCI 系统进行每次运动训练之前进行 20 分钟的 tDCS。 1mA 强度的直流电,阳极放置在受影响半球的 M1 运动皮层上,阴极放置在未受影响的 M1 上。 初始校准后,MI-BCI 训练将涉及使用 MIT-Manus 机器人系统的时钟游戏界面完成任务的运动想象,以执行多方向到达运动。 在 BCI 上检测到向目标移动的意图后,机械臂将完成向目标的伸展运动。 每个培训课程将持续 40 分钟,不包括准备时间。 |
如手臂描述
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假比较器:带有 MI-BCI 的假 tDCS
10 节带有 BCI 运动训练的假 tDCS,每节将按如下方式进行: 与真正的 tDCS 一样,假 tDCS 将采用相同的电极放置和刺激参数。 然而,电流将仅施加 30 秒,以给予受试者刺激的感觉。 这种假刺激方法也得到了验证(Gandiga 等人,2006 年)。 电流强度将逐渐增加和减少以减少感知。 MI-BCI 培训将与真实 tDCS 组相同,同样持续 40 分钟。 |
如手臂描述
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研究衡量的是什么?
主要结果指标
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
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Fugl-Meyer 评估的上肢成分
大体时间:第 0 周、第 2 周、第 4 周
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本研究使用中风受损上肢的 FMA 总分(范围 0-66)来衡量运动改善。
分数越高表明上肢运动功能越好。
FMA 在 3 个时间点进行测量:基线时(第 0 周)、干预完成时(第 2 周)和 2 周随访时(第 4 周)。
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第 0 周、第 2 周、第 4 周
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次要结果测量
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
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中风影响 M1 运动皮层的静息运动阈值
大体时间:训练前和训练后,训练后 4 周
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静息运动阈值 (RMT) 定义为在单脉冲经颅磁刺激 (TMS) 期间至少有 4 次试验中以 50 µV 峰峰值振幅引发运动诱发电位 (MEP) 所需的最大刺激器输出百分比). 使用配对脉冲刺激测量短皮质内抑制 (SICI) 和皮质内促进 (ICF),初始条件刺激为 RMT 的 80%,测试刺激为 RMT 的 120%。 在 2、4、6、10 和 15 毫秒的刺激间间隔 (ISI) 记录 MEP。 1-3 毫秒的 ISI 通常会诱发 SICI,而 10-15 毫秒的 ISI 通常会反映 ICF。 这部分数据还在分析中。 |
训练前和训练后,训练后 4 周
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握力
大体时间:训练前和训练后,以及训练后 4 周
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使用手持式测力计测量握力。
这部分数据还在分析中。
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训练前和训练后,以及训练后 4 周
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盒子和块测试
大体时间:培训前和培训后,以及培训后 4 周
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盒子和块测试是测量总体手的灵巧度。
这部分数据还在分析中。
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培训前和培训后,以及培训后 4 周
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磁共振参数
大体时间:-2、0 和 4 周
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主动和被动fMRI,DTI,这部分数据还在分析中。
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-2、0 和 4 周
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合作者和调查者
出版物和有用的链接
一般刊物
- Elsner B, Kugler J, Pohl M, Mehrholz J. Transcranial direct current stimulation (tDCS) for improving activities of daily living, and physical and cognitive functioning, in people after stroke. Cochrane Database Syst Rev. 2020 Nov 11;11(11):CD009645. doi: 10.1002/14651858.CD009645.pub4.
- Chew E, Teo WP, Tang N, Ang KK, Ng YS, Zhou JH, Teh I, Phua KS, Zhao L, Guan C. Using Transcranial Direct Current Stimulation to Augment the Effect of Motor Imagery-Assisted Brain-Computer Interface Training in Chronic Stroke Patients-Cortical Reorganization Considerations. Front Neurol. 2020 Aug 27;11:948. doi: 10.3389/fneur.2020.00948. eCollection 2020. Erratum In: Front Neurol. 2020 Nov 06;11:605141.
- Ang KK, Guan C, Phua KS, Wang C, Zhao L, Teo WP, Chen C, Ng YS, Chew E. Facilitating effects of transcranial direct current stimulation on motor imagery brain-computer interface with robotic feedback for stroke rehabilitation. Arch Phys Med Rehabil. 2015 Mar;96(3 Suppl):S79-87. doi: 10.1016/j.apmr.2014.08.008.
研究记录日期
研究主要日期
学习开始
初级完成 (实际的)
研究完成 (实际的)
研究注册日期
首次提交
首先提交符合 QC 标准的
首次发布 (估计)
研究记录更新
最后更新发布 (估计)
上次提交的符合 QC 标准的更新
最后验证
更多信息
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