Resonancia magnética funcional en conjunto con un nuevo dispositivo robótico inducido por RMN para evaluar la rehabilitación de las personas que se recuperan de los déficits de agarre de manos
23 de noviembre de 2019
Realizamos una resonancia magnética funcional utilizando un nuevo dispositivo robótico inducido a mano compatible con RMN para evaluar su utilidad para monitorear la función motora de la mano en individuos que se recuperan de déficits neurológicos.
Este protocolo se utiliza para supervisar la rehabilitación de pacientes con déficits de agarre de las manos. Los pacientes con accidente cerebrovascular crónico y aquellos con otras enfermedades neurológicas que implican déficits motores pueden beneficiarse de esta técnica. Las imágenes de resonancia magnética permiten monitorear la adaptabilidad del cerebro.
En otras palabras, neuroplasticidad en respuesta a la rehabilitación del rendimiento de agarre. Con la modificación adecuada del dispositivo de estímulo de la fuerza este método se puede aplicar para la rehabilitación de discapacidades que afectan a otras regiones del cuerpo. Este dispositivo y cualquier modificación deben conservar la compatibilidad con MR.
Es importante asegurarse de que la varilla de RMN se ha conectado correctamente y sus funciones verificadas antes de introducir un sujeto en la sala de RMN. Antes de comenzar este experimento, primero obtenga el consentimiento informado del sujeto y mosúquelos minuciosamente para comprobar la seguridad de la RMN. No proceda con la exploración si el participante tiene alguna contraindicación de RMN potencial.
Para comenzar la configuración, primero lleve el dispositivo robótico inducido a mano compatible con resonancia magnética en la sala de RESONANCIA magnética y colóquelo cerca del panel de penetración. A continuación, inserte el tubo neumático de 3/8 pulgadas en el tubo de paso en el panel, en la sala de soporte de RMN adyacente. A continuación, conecte los cables de detección y encoder de la sala de soporte al conector D-sub en el lado externo del panel de penetración como se muestra aquí.
Conecte el accesorio de tubo neumático de 3/8 pulgadas, que emerge del panel de penetración, a la salida de la salida del regulador de presión de la unidad de potencia de interfaz. A continuación, conecte el tubo neumático de cuatro milímetros a la salida del compresor en la entrada del filtro de aire en el regulador de potencia de la interfaz. Después de extender y bajar la cama del escáner, conecte la mitad inferior de la bobina de la cabeza y haga que el voluntario se acueste, asegurándose de que esté descansando cómodamente con los brazos extendidos y utilice pequeñas almohadillas de espuma para inmovilizar la cabeza del participante.
Coloque la bola de comunicación en el pecho del voluntario y proporcione instrucciones sobre su uso. Además, conecte la parte superior de la bobina de la cabeza. Ahora, instale libremente el dispositivo robótico en el lado del paciente frente a su lesión cerebral utilizando la ranura de cama correspondiente.
Luego, con el codo del voluntario apoyado sobre la mesa para sostener su brazo, mueva el mango del dispositivo a la correa entre el pulgar y el dedo índice y ayúdelos a agarrar las manijas. Si el dispositivo está en el lado opuesto de la mesa desde el panel de penetración, coloque los cables en el tubo neumático para que pasen debajo de la mesa en lugar de sobre el paciente. A continuación, instruya al voluntario que apriete y empuje o tire del dispositivo hasta que tenga la posición más cómoda para apretar.
A continuación, fije el dispositivo firmemente en su lugar apretando las tuercas de plástico con una llave compatible con RM. Ahora, ejecute el programa de estímulo de interfaz de usuario personalizada. Ajuste la presión al nivel de configuración mínimo para empujar automáticamente el mango al tope final, verificando la visualización de las formas de onda de movimiento y fuerza.
A continuación, establece el nivel de fuerza e instruye al voluntario a apretar completamente de dos a tres veces durante aproximadamente dos segundos. Observe si el voluntario puede completar un apretón a ese nivel de fuerza. Aumente gradualmente el nivel de fuerza y repita los intentos de compresión hasta que no puedan completar un apretón.
Esta medición sirve como la máxima fuerza de agarre del voluntario. El programa calculará automáticamente el 60%40% y el 20% del nivel máximo de fuerza para su uso durante las pruebas. A continuación, confirme que la bola de comunicación funciona y, a continuación, colómela utilizando la alineación láser, antes de mover la mesa y el participante al centro iso del escáner.
Ahora, utilizando la interfaz de usuario, genere las imágenes de instrucción y estímulo y configure el sistema para aplicar el primer nivel de fuerza y esperar una señal de disparo desde el escáner de RMN. El programa mostrará un conjunto de instrucciones para recordarle al voluntario cómo responder al estímulo visual. El programa esperará a que el escáner proporcione una señal de disparo y luego eliminará las instrucciones y mostrará una cruz de fijación en la que el voluntario debe centrarse.
Cuando comienza la adquisición del escaneo fMRI, se mostrará un metrónomo visual en forma de un círculo creciente y encogido. El voluntario debe apretar completamente y liberar el mango sincrónicamente con el estímulo. Los períodos de descanso separarán los períodos de estímulo durante los cuales se mostrará de nuevo la cruz de fijación.
Observe las gráficas en vivo de fuerza y desplazamiento para supervisar la salida de la fuerza y el rendimiento de la tarea participante. Una vez completado el experimento, haga saber al participante que puede relajarse y soltar el mango. Finalmente, recoger una serie de exploraciones anatómicas.
Esta figura muestra los resultados típicos de la tarea del motor. Aquí vemos las activaciones fMRI superpuestas en un contorno cerebral y como pseudocolor en una vista tridimensional y transversal de la imagen anatómica del voluntario. M1 indica que la corteza motora primaria y SMA indican el área motora suplementaria.
Esta imagen muestra las activaciones de pseudocolor renderizadas en una plantilla cerebral. Este gráfico muestra la salida de fuerza real medida en unidades de fuerza en función del tiempo. La salida se grabó en tiempo real.
La barra blanca corresponde al estímulo de 60 segundos y al período de descanso. Aquí, se muestra un único curso de tiempo voxal de activación, elegido de un voxal en el área somatosensorial en la ubicación de los pelos cruzados en esta imagen. Todos los sujetos deben estar debidamente entrenados para realizar los movimientos de agarre de seguimiento del metrónomo con antelación.
Además, la sincronización entre el estímulo visual y la secuencia de RMN es crucial. En este protocolo se pueden utilizar modalidades de diagnóstico por imágenes adicionales, como imágenes de tensores de difusión para detectar la orientación y el crecimiento del tracto de fibra de materia blanca, que también se espera que cambie con la rehabilitación. Realizar cualquier experimento de RM es peligroso debido al potente campo magnético generado por el escáner.
Por lo tanto, todos los sujetos y experimentadores deben seguir las pautas de seguridad de la RM, incluido el cribado de contraindicaciones. El desarrollo de este proceso permitirá la demostración de que la recuperación de accidentes cerebrovasculares continúa más allá de seis meses después de la lesión, lo que sugiere que la terapia y el reembolso del seguro asociado deben continuar más allá de este tiempo.
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Descripción general
Este estudio investiga el uso de un nuevo dispositivo robótico compatible con resonancia magnética para evaluar la función motora de la mano en personas que se están recuperando de déficits neurológicos. Se emplea resonancia magnética funcional para monitorear la neuroplasticidad en respuesta a la rehabilitación, proporcionando información sobre la capacidad de adaptación del cerebro durante el proceso de rehabilitación.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Rehabilitación
- Técnicas de Imagen
Antecedentes
- El protocolo está diseñado para pacientes con accidente cerebrovascular crónico y para aquellos con otras afecciones neurológicas que afectan el control motor.
- La imagen por resonancia magnética se utiliza para monitorear la adaptabilidad cerebral y la recuperación funcional.
- Se evalúa la neuroplasticidad para determinar la eficacia de la rehabilitación en la fuerza de prensión.
- El método puede modificarse para otras regiones del cuerpo manteniendo la compatibilidad con RM.
Objetivo del estudio
- Evaluar la utilidad de un dispositivo robótico compatible con resonancia magnética para monitorear la función motora de la mano.
- Explorar la neuroplasticidad cerebral tras actividades de rehabilitación relacionadas con el desempeño del agarre.
- Establecer un método con posibles aplicaciones de rehabilitación en diferentes regiones del cuerpo.
Métodos Utilizados
- La plataforma principal utilizada es un dispositivo robótico compatible con MRI integrado en un sistema de resonancia magnética funcional.
- Los pacientes con ictus crónico sirven como modelo biológico, centrándose en la rehabilitación de su fuerza de prensión.
- No se mencionaron flujos de trabajo de multiómica en el texto.
- Los pasos críticos incluyen garantizar la seguridad del participante, la configuración del dispositivo y la adquisición sincronizada de fMRI.
- Se realiza un monitoreo en tiempo real de la fuerza y el desplazamiento durante el ejercicio de rehabilitación.
Resultados principales
- El dispositivo permite la medición de la fuerza máxima de prensión y evalúa las respuestas del participante durante las exploraciones de fMRI.
- Los resultados de fMRI destacan los patrones de activación cerebral relacionados con el desempeño de tareas motoras, particularmente en la corteza motora primaria.
- Se observaron conocimientos mecanicistas sobre la adaptabilidad cerebral en relación con los esfuerzos de rehabilitación de la prensión.
- Los datos muestran cambios en la salida de fuerza en función del tiempo, vinculando el desempeño muscular con la actividad cerebral correspondiente.
Conclusiones
- Este estudio demuestra un método viable para monitorear la rehabilitación de la función motora utilizando la tecnología de resonancia magnética.
- Los conocimientos obtenidos a partir del estudio tienen implicaciones para comprender los mecanismos de plasticidad cerebral en la recuperación de déficits motores.
- Los hallazgos contribuyen al desarrollo de estrategias de rehabilitación que podrían mejorar la recuperación funcional en pacientes neurológicos.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Este protocolo permite una evaluación objetiva y cuantitativa de la función motora de la mano durante la fMRI, lo que apoya la validación de objetivos en neurorehabilitación al vincular la actividad conductual con patrones de activación neural. Proporciona una herramienta mecanicista para reducir riesgos al evaluar intervenciones terapéuticas destinadas a restaurar la fuerza de prensión en trastornos neurológicos. El enfoque mejora la confianza predictiva en estrategias de rehabilitación temprana al demostrar cambios de neuroplasticidad en redes motoras.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la verificación de hipótesis terapéuticas mediante la correlación entre la fuerza de prensión y los cambios en la señal BOLD en la corteza motora.
- Valor operativo: Proporciona métricas reproducibles y cuantificables del desempeño en tareas motoras para la evaluación del compromiso del objetivo.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Valor científico: Apoya el desarrollo de ensayos motores estandarizados y compatibles con resonancia magnética para la selección de alto rendimiento de compuestos rehabilitadores.
- Valor operativo: Garantiza la disponibilidad del ensayo mediante una calibración precisa de la fuerza y el monitoreo en tiempo real del cumplimiento por parte del participante.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Valor científico: Facilita la alineación traslacional de biomarcadores al vincular la salida motora periférica con la activación neural central durante la rehabilitación.
- Valor operativo: Permite la continuidad desde el descubrimiento hasta la validación preclínica mediante paradigmas de tareas motoras consistentes y escalables.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
El método se integra en el continuo de descubrimiento al apoyar la comprobación de hipótesis en las primeras etapas del descubrimiento, permitir la estandarización de ensayos en cribado y proporcionar lecturas neuroconductuales cuantitativas para la toma de decisiones basada en análisis.
- Biología del Descubrimiento: Facilita la aclaración de vías mediante la identificación de sustratos neuronales asociados con la modulación de la fuerza de prensión durante el aprendizaje motor.
- Selección: Permite la preparación del ensayo mediante niveles estandarizados de fuerza y entrega sincronizada de estímulos para una evaluación fiable de compuestos.
- Análisis: Genera mediciones de fuerza y desplazamiento sincronizadas en el tiempo junto con mapas de activación de fMRI para la correlación de datos multimodales.
- Investigación Traducional: Conecta métricas de rendimiento motor con patrones de reorganización cortical, apoyando la validación de biomarcadores para trayectorias de recuperación.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma reutilizable para evaluar la función motora en diversas indicaciones neurológicas y versiones de dispositivos.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva al reducir la ambigüedad en el mecanismo objetivo mediante la correlación directa entre el cerebro y el comportamiento.
- Valor operativo: Mejora la reproducibilidad mediante la calibración de dispositivos compatibles con RM y protocolos estandarizados de ejecución de tareas.
- Valor estratégico: Mejora las decisiones de avance o interrupción al proporcionar puntos finales objetivos y cuantificables de la eficacia de la rehabilitación.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de candidatos a neurorehabilitación basada en señales medibles de recuperación motora y neural.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en el diseño experimental de fMRI, neurociencia motora y protocolos de seguridad en resonancia magnética.
- Depende de hardware robótico compatible con MRI, sistemas de control neumático e infraestructura para la entrega sincronizada de estímulos.
- Necesita estandarización entre equipos multidisciplinarios de neurología, ingeniería y radiología para garantizar una operación coherente del dispositivo y una interpretación consistente de los datos.
- Incluye consideraciones de adaptación para distintas localizaciones de lesiones, capacidades de fuerza y cumplimiento cognitivo en diversas poblaciones de pacientes.
- Comprende limitaciones prácticas como tiempos prolongados de configuración, requisitos de entrenamiento para los sujetos y la necesidad de entornos seguros para MRI.
