Name: El sistema de condicionamiento operante potencial evocado (EPOCS): una herramienta de investigación y una terapia emergente para los trastornos neuromusculares crónicos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-08-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 8 s
Description: Aprende el condicionamiento operante del reflejo H con EPOCS para mejorar la función motora en personas con lesiones de médula espinal, accidentes cerebrovasculares y esclerosis múltiple. Este método guía a terapeutas en la rehabilitación neuromuscular.

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Este trabajo fue apoyado por NIH (NIBIB) P41EB018783 (JRW), NIH (NINDS) R01NS114279 (AKT), NIH (NINDS) U44NS114420 (I. Clements, AKT, JRW), NYS SCIRB C33279GG y C32236GG (JRW), NIH (NICHD) P2C HD086844 (S. Kautz), The Doscher Neurorehabilitation Research Program (AKT) y Stratton Albany VA Medical Center.

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JRW y AKT son inventores de tres patentes relacionadas con el condicionamiento H-reflex. Los otros autores no tienen intereses financieros en competencia o conflictos de intereses que informar.

El protocolo descrito anteriormente es adecuado para demostrar el acondicionamiento descendente del reflejo H del sóleo en un adulto típico sin deterioro neurológico. Los valores precisos de los parámetros pueden variar de persona a persona y particularmente en función de la deficiencia. Mientras que la curva de reclutamiento del participante alcanzó Mmax a una corriente estimulante de alrededor de 25 mA en el video, otra persona podría requerir 50 mA o más, por lo que la corriente aumentaría en pasos más grandes durante la medición de la curva de reclutamiento. También pueden requerir una duración de pulso más larga. Una tercera persona podría ser más sensible y requerir configuraciones actuales más pequeñas. El protocolo también debe adaptarse de acuerdo con el músculo que se está acondicionando. Por ejemplo, cuando se dirige al músculo flexor radial del carpo24,25, generalmente se usa un ajuste de corriente más bajo; el modo de contracción voluntaria debe utilizarse para establecer una escala para los límites de fondo-EMG; y se debe tener mayor cuidado tanto durante la optimización de la colocación de los electrodos como durante la optimización de la postura, que luego debe mantenerse constante a lo largo de los ensayos.
El protocolo es sensible a las variaciones en la relación entre el ajuste de la corriente del estimulador y la cantidad de corriente realmente entregada al nervio, esto puede verse afectado por pequeñas variaciones en la postura, la hidratación del participante y el secado del gel adhesivo del electrodo. En el condicionamiento reflejo H, este problema se puede mitigar utilizando el tamaño de la onda M como un indicador de la intensidad efectiva de la estimulación. Refleja el número de axones eferentes de motoneurona sóleo excitados por el estímulo. Por lo tanto, si el tamaño de la onda M se mantiene constante, implica que el número de axones aferentes primarios excitados por el estímulo, es decir, los axones que provocan el reflejo H, también se mantiene constante (ver también Crone et al.26). Por lo tanto, esta onda M se conoce como la respuesta de referencia en el software. Por esta razón, el paso 4.5.12. menciona que se debe registrar el tamaño de onda M objetivo. En realidad, es más importante mantener este tamaño de respuesta aproximadamente constante que mantener la corriente nominal estrictamente constante. La pestaña Secuencia de la ventana de análisis permite la verificación retrospectiva de la constancia de la onda M en cada ejecución; para el acondicionamiento del reflejo H del sóleo, esto es a menudo suficiente para corregir cualquier problema. Para un mayor control, se puede conectar un segundo monitor a la computadora para mostrar análisis de onda M en tiempo real que guían el ajuste manual prueba por prueba. La automatización de esta tarea de control es un proyecto en curso27.
La variación diurna también puede afectar las respuestas electrofisiológicas de una persona 28,29,30,31. Por esta razón, se recomienda que todas las sesiones se realicen a la misma hora del día, es decir, dentro de la misma ventana de tiempo de 3 h.
El éxito del condicionamiento operante puede ser sensible a la precisión del intervalo de tiempo elegido por el operador para definir el reflejo H; En particular, el intervalo no debe ser demasiado amplio. Las directrices detalladas para la definición correcta del intervalo están más allá del alcance del presente artículo. Esta es también una función que se automatizará en futuras versiones del software.
Un paso crítico en el protocolo es el paso 4.5.6., en el que el operador aumenta manualmente la corriente del estimulador repetidamente después de cada número fijo de ensayos. Contar mal las pruebas aquí o ajustar mal el dial actual puede conducir a la distorsión de la curva de reclutamiento resultante. Esta posibilidad de error del usuario se puede mitigar habilitando la opción Digitimer Link, que permite la automatización del ajuste de corriente para un modelo de estimulador en particular.
Este artículo se ha centrado en el condicionamiento del reflejo H, ya que es la más desarrollada de las posibles aplicaciones clínicas de EPOCS. El software existente ayuda a los investigadores en los esfuerzos continuos para perfeccionar este protocolo hacia una amplia diseminación clínica32. Más allá del condicionamiento del reflejo H, EPOCS también se puede aplicar en su forma actual a una variedad más amplia de métodos de estimulación y respuestas evocadas. Por ejemplo, también puede desencadenar un dispositivo mecánico que provoca un reflejo de estiramiento, que también puede estar condicionado33,34,35. El enfoque es adaptable a las deficiencias de un individuo; en una persona, el acondicionamiento descendente del reflejo H del sóleo mejora la locomoción al reducir la hiperreflexia espástica14; en otro, el acondicionamiento ascendente del tibial anterior MEP mejora la locomoción al aliviar la caída del pie36.
Si bien se están realizando esfuerzos para producir una implementación comercial del protocolo, el software original se mantendrá en paralelo como una herramienta de investigación para proporcionar la flexibilidad necesaria para expandir el campo de la neuroplasticidad dirigida. Esta flexibilidad es posible gracias a la modularidad y extensibilidad de la plataforma de software BCI2000, en la que se basa EPOCS. Esto significa que, con una intervención mínima de un ingeniero de software, el sistema es reconfigurable para una variedad aún más amplia de propósitos de investigación. Por ejemplo, se puede configurar para registrar canales de bioseñal adicionales o sensores adicionales para su posterior análisis (por ejemplo, interruptores de pie y sensores de seguimiento de movimiento) para el acondicionamiento durante la locomoción. También se puede programar para considerar criterios desencadenantes adicionales para la estimulación (p. ej., desencadenar la estimulación solo en una parte particular del ciclo de la marcha) o para desencadenar estímulos de refuerzo adicionales en ensayos exitosos o fallidos. Se proporcionan archivos de personalización de ejemplo.
La neuroplasticidad dirigida todavía está en su infancia. Se espera que sus vías aún inexploradas proporcionen grandes beneficios tanto para desarrollar nuevos enfoques terapéuticos (como se discutió anteriormente) como para dilucidar la historia natural de la enfermedad y los mecanismos de la función del sistema nervioso central tanto en la salud como en la enfermedad 2,32,37. Por lo tanto, estamos comprometidos a mantener y apoyar EPOCS como una herramienta clave para realizar este potencial terapéutico y científico.

Durante la última década, las estrategias de neuroplasticidad dirigidas han surgido como un nuevo enfoque para la rehabilitación de deficiencias neurológicas 1,2. Una de esas estrategias es el condicionamiento operante de un potencial evocado. Esto implica provocar repetidamente respuestas electrofisiológicas que pueden medirse de manera no invasiva, por ejemplo, mediante electroencefalografía (EEG) o electromiografía de superficie (EMG), y dar a la persona retroalimentación inmediata sobre el tamaño de cada respuesta en relación con un nivel de criterio establecido por el terapeuta o investigador. Con el tiempo, este protocolo entrena a la persona para aumentar o disminuir su respuesta y, en consecuencia, puede dirigir un cambio beneficioso a un sitio del sistema nervioso central que es importante en un comportamiento como la locomoción o alcanzar y agarrar. El cambio específico beneficia el rendimiento y, además, permite una mejor práctica que conduce a un cambio beneficioso generalizado que mejora todo el comportamiento. Por ejemplo, en personas con lesión incompleta de la médula espinal (LMEi) en las que el clon afecta la locomoción, el condicionamiento operante que reduce el reflejo de Hoffmann en el músculo sóleo de una pierna mejora la actividad muscular locomotora en ambas piernas, aumentando así la velocidad al caminar y restaurando la simetría del paso derecho / izquierdo 1,3,4,5 . Otro ejemplo es el de la estimulación de pulso pareado, que puede aumentar de forma duradera el tamaño del potencial evocado motor (MEP) a la estimulación magnética transcraneal, mejorando así la función de alcance y agarre en personas con deterioro crónico de la mano y el brazo después de iSCI6.
La implementación de tales protocolos exige un software de propósito especial que debe realizar múltiples funciones. Específicamente, debe adquirir, procesar y guardar continuamente señales electrofisiológicas; debe controlar continuamente el estado del sistema nervioso y activar la estimulación adecuadamente bajo estrictas restricciones en tiempo real; debe proporcionar retroalimentación continua momento a momento, retroalimentación prueba por prueba y retroalimentación sesión por sesión; debe proporcionar una interfaz de usuario para guiar la configuración y el ajuste por parte del investigador o terapeuta; y, por último, debe almacenar y organizar los datos de la señal y la metainformación en un formato estandarizado.
El sistema de condicionamiento operante de potencial evocado (EPOCS) es nuestra respuesta a esta necesidad excepcional. Bajo el capó, el software se basa en BCI2000, una plataforma de neurotecnología de código abierto que se utiliza en cientos de laboratorios de todo el mundo 7,8. En EPOCS, la interfaz de usuario habitual de BCI2000 se oculta y se reemplaza por una interfaz optimizada que está optimizada para protocolos de condicionamiento operante potenciales evocados.
El presente artículo y el video que lo acompaña ilustran el uso de EPOCS en un protocolo particular: el condicionamiento operante para reducir el tamaño del reflejo de Hoffmann (H-) en el músculo sóleo. Esta respuesta es el análogo provocado eléctricamente del reflejo de estiramiento instintivo. Se ha demostrado que el acondicionamiento descendente del reflejo H reduce el impacto del clonus en la locomoción en animales con ICMi 9,10,11,12,13 y en humanos con LMEi, esclerosis múltiple o accidente cerebrovascular5,14,15. Puede ser aplicado sin efectos secundarios adversos en animales y personas con o sin lesión neurológica16,17.
El protocolo de condicionamiento operante funciona realizando múltiples ensayos, cada uno de los cuales dura varios segundos. La secuencia de eventos de un ensayo se muestra esquemáticamente en la Figura 1, con números que denotan las siguientes funciones:
1. La EMG de fondo continua se registra a partir de electrodos de superficie bipolares sobre el músculo objetivo (sóleo) y su antagonista (tibial anterior). El nivel de fondo se evalúa como el valor rectificado medio de la señal filtrada de paso alto en una ventana deslizante.
2. El nivel de EMG de fondo en el músculo objetivo se muestra como la altura de una barra, actualizada continuamente en la pantalla del participante. Esto ayuda al participante a mantener la actividad dentro de un rango específico (región eclosionada).
3. El software juzga el momento apropiado para la estimulación eléctrica y activa el estimulador en consecuencia. Los criterios principales son que deben haber transcurrido al menos 5 s desde la estimulación anterior y que el nivel de EMG de fondo debe haber permanecido en el rango especificado continuamente durante 2 s.
4. Un estimulador de corriente constante administra un pulso eléctrico transcutáneo al nervio tibial (típicamente monofásico, con 1 ms de duración).
5. Se registra la respuesta bloqueada por estímulo resultante. El software calcula los tamaños de dos componentes de particular interés: la onda M anterior, que refleja la activación muscular resultante de la estimulación directa del axón motor; y el reflejo H posterior, que refleja la señal transmitida a través de un arco reflejo en la médula espinal 18,19,20,21,22. EPOCS se refiere a estos como la respuesta de referencia y la respuesta objetivo, respectivamente.
6. El tamaño del reflejo H para el ensayo actual se muestra como la altura de una segunda barra, en relación con un nivel de criterio deseado que define un ensayo exitoso o no exitoso. Para el acondicionamiento descendente, la barra es verde oscuro si el tamaño del reflejo H cayó por debajo del criterio, o rojo brillante si no lo hizo (viceversa para el acondicionamiento ascendente). Simultáneamente, la visualización numérica de la tasa de éxito acumulado se actualiza en consecuencia. Juntos, estos elementos de visualización gráfica proporcionan el refuerzo positivo o negativo inmediato en el que se basa el condicionamiento operante23.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63736/63736fig01.jpg"> Figura 1: Ilustración esquemática de la funcionalidad central de EPOCS durante el acondicionamiento descendente del reflejo H del sóleo. El participante ve una gran pantalla de monitor que muestra el nivel de EMG de fondo, el tamaño H-reflex más reciente, el número de ensayos completados hasta ahora en la ejecución actual de 75 y la proporción de ensayos exitosos para la carrera. La secuencia de eventos en un ensayo se denota con los números 1-6, como se describe en la Introducción. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63736/63736fig01large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
Un protocolo de acondicionamiento del reflejo H humano consiste típicamente en 6 sesiones de referencia, seguidas de 24-30 sesiones de acondicionamiento repartidas en 10 semanas a una tasa de 3 sesiones / semana, y varias sesiones de seguimiento durante los siguientes 3-6 meses14,16. Cada sesión dura 60-90 min.
Para apoyar este protocolo, así como otros protocolos relacionados, EPOCS tiene cinco modos distintos de operación, cada uno servido por una de las pestañas de su ventana principal, titulada Prueba de estímulo, Contracción voluntaria, Curva de reclutamiento, Ensayos de control y Ensayos de entrenamiento.
En el modo de prueba de estímulo, el software activa un estímulo cada pocos segundos, no necesariamente dependiendo del estado del músculo objetivo. Las señales de respuesta se muestran en la pantalla después de cada estímulo. Esto permite al operador verificar la calidad de las conexiones de los electrodos y la señal EMG; optimizar la posición de los electrodos de estimulación y registro; y establecer la morfología de la respuesta del individuo.
En el modo de contracción voluntaria, el software mide y muestra el nivel de EMG de fondo, mientras que se anima al participante a contraer el músculo tanto como sea posible, en ausencia de estimulación eléctrica. En algunos protocolos, el nivel de EMG en la contracción voluntaria máxima (MVC) es una referencia útil para establecer los criterios de EMG de fondo. En el protocolo demostrado aquí, esto no es necesario, ya que una postura estable de pie estandariza suficientemente la actividad del músculo sóleo.
En el modo de curva de reclutamiento, la estimulación depende de que el nivel de EMG de fondo (que se muestra continuamente en la pantalla) permanezca en el rango correcto; las señales de respuesta se muestran en la pantalla después de cada estímulo; y la secuencia de respuestas puede analizarse al final de una ejecución. Esto permite al operador determinar el inicio y el final de los intervalos de tiempo en los que aparecen las respuestas de interés; determinar la relación entre la intensidad de la estimulación y el tamaño de la respuesta, tanto antes como después de las ejecuciones de acondicionamiento; y determinar la intensidad de estimulación que se utilizará para el acondicionamiento.
En el modo de ensayos de control, la estimulación depende del nivel de EMG de fondo (que se muestra continuamente en la pantalla), pero no se da retroalimentación sobre el tamaño de la respuesta objetivo. Se puede analizar la secuencia y distribución de los tamaños de respuesta. Este modo se puede utilizar para recopilar mediciones de referencia del tamaño de la respuesta, o como condición de control para la comparación contra el condicionamiento operante en un diseño experimental cruzado o entre sujetos. Puede servir como base para establecer el criterio de rendimiento para el condicionamiento operante al comienzo de cada sesión.
Finalmente, en el modo de ensayos de entrenamiento, la estimulación depende del nivel de EMG de fondo (que se muestra continuamente en la pantalla), y el refuerzo ensayo por ensayo también se proporciona al mostrar el tamaño de la respuesta objetivo, como se describió anteriormente y se muestra en la Figura 1. Este es el modo en que se realiza el condicionamiento operante.
La siguiente sección guiará al lector a través de los cinco modos demostrando el protocolo para acondicionar el reflejo H del sóleo en un participante adulto sin lesión neurológica.

<table><tbody><tr><td>Hisopos con alcohol</td><td>cualquiera</td><td></td><td>Para la aplicación en la piel</td></tr><tr><td>Cable BNC (largo) x 1</td><td>cualquier</td><td></td><td>BNC macho a BNC macho, lo suficientemente largo como para llegar desde el digitalizador hasta el estimulador</td></tr><tr><td>Cable BNC (medio) x 2</td><td>cualquier</td><td></td><td>BNC macho a BNC macho, lo suficientemente largo como para llegar desde el amplificador hasta el digitalizador</td></tr><tr><td>Cable BNC (corto) x 1</td><td>cualquiera</td><td></td><td>BNC macho a BNC macho, corto (para parchear entre dos puertos digitalizadores)</td></tr><tr><td>Conector en T BNC</td><td>cualquier</td><td></td><td>divisor BNC hembra-macho-hembra</td></tr><tr><td>Ordenador</td><td>Lenovo</td><td>ThinkStation P340</td><td>Una amplia gama de hardware informático es adecuada, especialmente si se utiliza un digitalizador USB (no se necesitan ranuras PCI).&nbsp; Debe ejecutar Windows 7+. Incluye teclado estándar & ratón.</td></tr><tr><td>Estimulador de corriente constante</td><td>Digitimer Ltd.</td><td>DS8R</td><td>El DS8R es compatible con la automatización EPOCS. Si se controla manualmente,&nbsp; se pueden utilizar otros estimuladores de corriente constante siempre que tengan un disparador TTL externo y puedan alcanzar una duración de pulso de 1&nbsp; ms o más.</td></tr><tr><td>Digitalizador (opción A)</td>Digitalizador <td>USB USB-6212</td> de <td>National Instruments</td><td>con conectores BNC integrados.</td></tr><tr><td>Digitalizador (opción B)</td><td>National Instruments</td><td>PCIe-6321</td><td>Digitalizador PCIe&mdash; requiere una computadora de escritorio con una ranura PCI libre, también cable y bloque de terminales BNC (abajo)</td></tr><tr><td>Cable del digitalizador (solo para la opción B)</td>National <td>Instruments</td><td>SHC68-68-EPM</td><td>Conecta el digitalizador PCIe al bloque de terminales BNC</td></tr><tr><td>Bloque de terminales del digitalizador (solo para la opción B)</td><td>Bloque de terminales BNC de montaje en rack de 19 pulgadas</td>de <td>National Instruments</td><td></td></tr><tr>Sistema<td>de amplificación EMG</td><td>Bortec Biomedical Ltd.</td><td>AMT-8</td><td>Amplificador analógico + unidad portátil + cable de transmisión largo + paquete de baterías + dos cables de electrodo activo de 500 de ganancia (1 bipolar, 1 bipolar con tierra)</td></tr><tr><td>Monitor</td><td>lo</td><td></td><td>suficientemente grande como para que el participante pueda ver claramente desde la distancia de visualización prevista.</td></tr><tr><td>Electrodos NeuroPlus (22&nbsp; x&nbsp; 22&nbsp; mm) x 6</td><td>Vermont Medical Inc.</td><td>A10040-60</td><td>Autoadhesivo desechable plata/cloruro de plata 22&nbsp; x&nbsp; 22&nbsp; mm&nbsp; electrodos EMG de superficie. Se necesitan 6 por sesión (11 en la primera sesión del participante)</td></tr><tr><td>Electrodo NeuroPlus (22&nbsp; x&nbsp; 35 y nbsp; mm) x 1</td><td>Vermont Medical Inc.</td><td>A10041-60</td><td>Electrodo autoadhesivo desechable de plata/cloruro de plata 22 x 35 mm de superficie-EMG. Se necesita 1 por sesión.</td></tr><tr><td>Cable a presión x 2</td><td>cualquier</td><td>EDR1220</td><td>Cables para electrodos de estimulación: 1,5 mm DIN a botón de ajuste</td></tr><tr><td>Cable</td><td>cualquier</td><td></td><td>8&ndash; 10 cm de longitud de cable aislado unipolar</td></tr></tbody></table>

el sistema de condicionamiento operante potencial evocado (epocs): una herramienta de investigación y una terapia emergente para los trastornos neuromusculares crónicos

The Evoked Potential Operant Conditioning System (EPOCS): A Research Tool and an Emerging Therapy for Chronic Neuromuscular Disorders

El Sistema de Acondicionamiento Operante de Potencial Evocado (EPOCS) es una herramienta de software que implementa protocolos para condicionar operantemente las respuestas musculares activadas por estímulos en personas con trastornos neuromusculares, que a su vez pueden mejorar la función sensoriomotora cuando se aplica adecuadamente. EPOCS monitorea el estado de músculos objetivo específicos, por ejemplo, de electromiografía de superficie (EMG) mientras está de pie, o de mediciones del ciclo de la marcha mientras camina en una cinta de correr, y activa automáticamente la estimulación calibrada cuando se cumplen las condiciones predefinidas. Proporciona dos formas de retroalimentación que permiten a una persona aprender a modular la excitabilidad de la vía objetivo. Primero, monitorea continuamente la actividad EMG en curso en el músculo objetivo, guiando a la persona a producir un nivel constante de actividad adecuado para el acondicionamiento. En segundo lugar, proporciona retroalimentación inmediata del tamaño de la respuesta después de cada estimulación e indica si ha alcanzado el valor objetivo.
Para ilustrar su uso, este artículo describe un protocolo a través del cual una persona puede aprender a disminuir el tamaño del reflejo de Hoffmann, el análogo provocado eléctricamente del reflejo de estiramiento espinal, en el músculo sóleo. El acondicionamiento descendente de la excitabilidad de esta vía puede mejorar la marcha en personas con marcha espástica debido a una lesión incompleta de la médula espinal. El artículo muestra cómo configurar el equipo; cómo colocar electrodos estimulantes y de registro; y cómo usar el software gratuito para optimizar la colocación de electrodos, medir la curva de reclutamiento de las respuestas motoras y reflejas directas, medir la respuesta sin condicionamiento operante, condicionar el reflejo y analizar los datos resultantes. Ilustra cómo cambia el reflejo en múltiples sesiones y cómo mejora la marcha. También discute cómo el sistema se puede aplicar a otros tipos de respuestas evocadas y a otros tipos de estimulación, por ejemplo, potenciales evocados motores a la estimulación magnética transcraneal; cómo puede abordar diversos problemas clínicos; y cómo puede apoyar los estudios de investigación de la función sensoriomotora en la salud y la enfermedad.

La Figura 2 muestra la efectividad del protocolo anterior en la medición de las curvas de reclutamiento de ondas M y reflejos H y en la medición de la distribución de los tamaños de los reflejos H a una intensidad de estimulación constante. También ilustra la efectividad general del protocolo de sesiones múltiples para cambiar el tamaño del reflejo H en participantes sin deterioro neurológico y para mejorar la función locomotora en participantes con lesión incompleta de la médula espinal.
La Figura 2A muestra una captura de pantalla de la ventana de análisis después de una ejecución realizada en el modo Curva de reclutamiento durante el condicionamiento operante reflejo H (consulte el paso 4.5 del protocolo). En la mitad inferior de la ventana (el panel Secuencia ), el eje horizontal muestra el número de prueba, por lo tanto, la intensidad del estímulo aumenta de izquierda a derecha. El tamaño del reflejo H (círculos verdes) aumenta y luego disminuye en función de la intensidad del estímulo, mientras que el tamaño de la onda M (triángulos marrones) aumenta y luego se satura. La Figura 2B muestra una captura de pantalla de la ventana de análisis después de una ejecución realizada en modo Ensayos de control o Ensayos de entrenamiento durante el condicionamiento operante reflejo H (consulte los pasos 4.6. y 4.7 del protocolo). En el panel inferior (el panel "Distribución"), el histograma de los tamaños de reflejo H facilita la selección de un nivel de criterio apropiado para el posterior acondicionamiento hacia arriba o hacia abajo. En la Figura 2C, el tamaño del reflejo H en participantes sin deterioro neurológico se representa en función del número de sesiones en 6 sesiones basales, 24 sesiones de acondicionamiento y 4 sesiones de seguimiento. Se recopilaron datos de 15 participantes (8 hombres, 7 mujeres) de los cuales 2 participaron en los brazos de acondicionamiento ascendente y descendente. Los participantes tenían entre 21 y 55 años. Todos los participantes dieron su consentimiento informado. El protocolo fue aprobado por la junta de revisión institucional (IRB) del Departamento de Salud del Estado de Nueva York (número de aprobación 05-058). Thompson et al.16 proporcionan más detalles. La Figura 2D muestra el efecto beneficioso del acondicionamiento descendente del reflejo H sóleo en participantes con deterioro crónico de las extremidades inferiores después de una lesión incompleta de la médula espinal. El acondicionamiento exitoso se asoció con una mejoría en la simetría de la marcha y en la velocidad de marcha en relación con la línea de base. Los datos se recopilaron de 13 participantes (9 hombres, 4 mujeres) de 28 a 68 años de edad, que dieron su consentimiento informado. El protocolo fue aprobado por el IRB del Hospital Helen Hayes (número de aprobación 07-07). Thompson et al.14 proporcionan más detalles.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63736/63736fig02.jpg"> Figura 2: Resultados representativos . (A) Captura de pantalla de la ventana de análisis de la curva de reclutamiento. (B) Captura de pantalla de la ventana de análisis de Ensayos de control o Ensayos de entrenamiento. (C) Efectos contrastantes del acondicionamiento hacia arriba y hacia abajo del reflejo H del sóleo en participantes no lesionados. Los triángulos rojos hacia arriba muestran un tamaño medio del reflejo H de N = 6 participantes con éxito condicionados hacia arriba (de 8); Los triángulos azules hacia abajo muestran respuestas medias de N = 8 participantes condicionados hacia abajo con éxito (de 9). Las barras de error indican un error estándar. Esta imagen ha sido modificada de Thompson et al.16. (D) Efecto terapéutico del acondicionamiento descendente del reflejo H sóleo sobre la velocidad de marcha y la simetría de la marcha en pacientes con deterioro crónico después de una lesión incompleta de la médula espinal. Los resultados de contraste de barras para N = 6 participantes cuyos reflejos H se acondicionaron con éxito contra N = 4 participantes de la condición de control (sin condicionamiento operante) y N = 3 participantes en los que el protocolo de acondicionamiento descendente no logró reducir el tamaño del reflejo. Las barras de error indican un error estándar. Cada asterisco indica un valor p inferior a 0,05 en una prueba t pareada que compara las mediciones previas con las posteriores al acondicionamiento. Esta imagen ha sido modificada de Thompson et al.14. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63736/63736fig02large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

El Sistema de Condicionamiento Operante de Potencial Evocado ayuda a la investigación científica de la función sensoriomotora y puede administrar entrenamiento neuroconductual dirigido que puede afectar la rehabilitación sensoriomotora en trastornos neuromusculares. Este artículo describe sus capacidades e ilustra su aplicación en la modificación de un reflejo espinal simple para lograr una mejora duradera en la función motora.

El sistema de condicionamiento operante potencial evocado (EPOCS): una herramienta de investigación y una terapia emergente para los trastornos neuromusculares crónicos

The Evoked Potential Operant Conditioning System (EPOCS) is a software tool that implements protocols for operantly conditioning stimulus-triggered muscle ...

Este protocolo único apunta al cambio beneficioso en lugares clave del sistema nervioso. Esto desencadena un cambio beneficioso mucho más amplio. Mejora en gran medida el comportamiento, como caminar, que se ha visto afectado por la médula espinal o una lesión cerebral.La principal ventaja del software EPOCS es que guía al experimentador o terapeuta a través de la compleja serie de pasos analíticos de procedimiento que requiere el protocolo. El condicionamiento operante del reflejo H puede mejorar la recuperación de la locomoción y otros comportamientos importantes para las personas con lesión de la médula espinal, accidente cerebrovascular, esclerosis múltiple y otros trastornos neurológicos crónicos. El protocolo se puede extender a los reflejos H de otros músculos de las piernas o los brazos a otras vías reflejas, como las responsables de los reflejos cutáneos y a las vías que conectan el cerebro con la médula espinal.Si nunca antes ha realizado mediciones del reflejo H, comuníquese con el Centro Nacional de Neuromodulación para la Rehabilitación para obtener oportunidades básicas de capacitación práctica. Los materiales tutoriales también están disponibles en su sitio web. Para comenzar, verifique que el participante esté configurado con electrodos estimulantes, electrodos EMG bipolares en el músculo sóleo y tibial anterior en un electrodo de tierra.Inicie la aplicación EPOCS, introduzca el ID del asunto e inicie una sesión. Pídale al participante que se ponga de pie naturalmente. Habilite el estimulador y ajuste la intensidad de estimulación a su valor mínimo, luego presione Inicio.Advierta al participante que espere estimulación y aumente gradualmente la intensidad a 10 miliamperios o más hasta que se vea un reflejo H claro. Encuentre la ubicación estimulante que provoca el reflejo H más grande moviendo el cátodo un ancho de electrodo completo medialmente, y luego lateralmente, luego un ancho de medio electrodo medial y lateralmente, y finalmente, un ancho de electrodo completo hacia arriba y luego hacia abajo. Marque, anote y fotografíe la posición de los electrodos para ayudar en el reposicionamiento.Cambie a la pestaña Curva de reclutamiento. Vaya a Configuración, luego EMG y configure los rangos para los niveles de actividad de fondo objetivo y antagonista que permitirán la estimulación. Establezca la duración de retención de fondo en 2 segundos para especificar cuánto tiempo el participante debe mantener continuamente el EMG en el rango para activar cada estímulo, habilitar el estimulador y establecer la intensidad en un valor mínimo de, digamos, 5 miliamperios.Con el participante de pie, pulse Inicio. Demuestre el nivel de EMG de fondo en tiempo real en el músculo objetivo al participante. La actividad de ambos músculos debe estar dentro de sus rangos requeridos para girar la barra de un tono rojo brillante a un tono verde más oscuro y debe permanecer allí durante 2 segundos para desencadenar la estimulación.Presione Detener al final de la carrera de práctica. Con el participante de pie, pulse Inicio para medir la curva de reclutamiento. Si el reflejo H ya es visible a la intensidad inicial elegida, disminuya gradualmente la corriente hasta que el reflejo H ya no se vea, luego haga clic en Detener y nuevamente Iniciar para comenzar la ejecución.Consulte el contador Ensayos completados. Después de cada 4 ensayos, aumente manualmente la intensidad de la estimulación en 2 miliamperios y tome nota de la intensidad. Continúe hasta que el tamaño de la onda M alcance una meseta.Presione Detener cuando haya terminado y pida al participante que se siente a descansar. Asocie los registros escritos con los números de ejecución que se muestran en la parte superior derecha de la ventana. Al final de la ejecución, abra la pestaña Registro e ingrese cualquier información relevante manualmente.Pulse el botón Análisis para abrir la ventana Análisis. En el panel superior de la ventana de análisis, examine la superposición bloqueada por estímulos de las señales musculares objetivo de cada ensayo en la ejecución anterior. Ajuste el principio y el final del intervalo de destino verde y el intervalo de referencia marrón y, a continuación, haga clic en el botón Usar tiempos marcados para guardar estos ajustes.En el panel Secuencia de la mitad inferior de la ventana de análisis, evalúe la curva de reclutamiento resultante. Ajuste la configuración para ver la amplitud rectificada de pico a pico o media y para agrupar los resultados de ensayos consecutivos. Especifique los ensayos que se agruparán en 4 y registre el M-max y el H-max resultantes.Si esta es la primera sesión del participante, busque la ubicación óptima de registro de EMG del músculo objetivo. Primero, mueva los electrodos del sóleo medialmente por medio ancho de electrodo, luego reúna una curva de reclutamiento completa y registre el M-max y H-max resultantes. A continuación, mueva los electrodos del sóleo a la misma distancia lateralmente de su posición original y, nuevamente, realice una medición de la curva de reclutamiento.Marque, anote y fotografíe la posición del electrodo que maximiza el H-max. Elija una intensidad de estímulo que provoque un reflejo H cercano al máximo, pero con una onda M visible. Lo ideal es apuntar al lado ascendente de la curva.Elija una intensidad de estímulo más alta solo si es necesario para garantizar una onda M distinguible como en este caso. Establezca este valor de intensidad de estímulo en el estimulador y anote esto y el tamaño de onda M correspondiente para futuras sesiones. Para medir la distribución de los tamaños H-reflex sin dar retroalimentación de respuesta, cambie a la pestaña Ensayos de control.Con el participante de pie, presione Inicio e indique al participante que mantenga el nivel requerido de actividad muscular de fondo. Para una sesión inicial o de seguimiento, realice 75 ensayos seguidos, mientras que para una sesión de acondicionamiento, realice 20 ensayos. Después de las pruebas, presione Detener para finalizar la ejecución y, a continuación, presione Análisis.Evalúe la superposición de formas de onda de respuesta ensayo por ensayo en el panel superior y, si es necesario, la secuencia de tamaños de respuesta a continuación. Una nueva distribución de pestañas se activa de forma predeterminada en la parte superior de la pestaña Secuencia. Haga clic en Resultados del registro para agregar las estadísticas de resumen al registro de sesión.Para una sesión de referencia, repita estos pasos para un total de tres series de 75 ensayos cada una y pase a la medición de la curva de reclutamiento de cierre. Para una sesión de acondicionamiento, establezca el percentil objetivo en 66. Seleccione el criterio correspondiente para el acondicionamiento hacia abajo pulsando el botón Down-Condition.Esta acción se registrará automáticamente y la ventana Análisis se cerrará. Cambia a la pestaña Pruebas de entrenamiento y, a continuación, pulsa Iniciar con el participante de pie. Explique al participante la nueva barra de comentarios en el centro de la pantalla que muestra el tamaño H-reflex más reciente en relación con el rango objetivo sombreado.Si la respuesta cae dentro del rango objetivo, la barra será verde oscuro y la prueba se contará como exitosa. Si cae fuera del rango, la barra será de un rojo más brillante y la prueba se contará como infructuosa. Motive al participante a realizar tantos ensayos exitosos como sea posible.Después de 75 ensayos, presione Detener para finalizar la ejecución, luego presione el botón Análisis y use la pestaña Secuencia para verificar que las ondas M permanecieron constantes en el tamaño deseado. Con la ficha Distribución seleccionada, utilice el botón Condición descendente para actualizar el criterio de condicionamiento operante para la siguiente ejecución. Repita este procedimiento dos veces durante 75 ensayos cada uno.Al final de la sesión, realice otra medición de la curva de reclutamiento. El análisis se realizó después de una ejecución en el modo de curva de reclutamiento durante el condicionamiento operante del reflejo H. En el panel Secuencia, la intensidad del estímulo aumenta de izquierda a derecha con el número de prueba.El tamaño del reflejo H aumenta y luego disminuye en función de la intensidad del estímulo, mientras que el tamaño de la onda M aumenta, luego se satura. El análisis se realizó después de una ejecución realizada en modo Control Trials o Training Trials durante el condicionamiento operante H-reflex. El panel de distribución mostró un histograma de tamaños H-reflex que facilitó la selección de un nivel de criterio apropiado para el posterior acondicionamiento hacia arriba o hacia abajo.El tamaño del reflejo H y los participantes neurológicamente no deteriorados trazados en función de los números de sesión mostraron efectos contrastantes del condicionamiento hacia arriba y hacia abajo. El efecto beneficioso del acondicionamiento del reflejo H sóleo hacia abajo se observó en participantes con deterioro crónico de las extremidades inferiores después de una lesión incompleta de la médula espinal. El acondicionamiento exitoso se asoció con una mejora en la velocidad de marcha y la simetría de la marcha en relación con la línea de base.La efectividad de este protocolo depende de la motivación y de cuánto se preocupa el sujeto por la retroalimentación. Es importante alentar al sujeto a tener éxito en cada prueba lo mejor que pueda, aprovechando la retroalimentación que proporciona el software. Absolutamente, como terapeuta, podría considerar agregar algunos ejercicios de control funcional o motor apropiados junto con el condicionamiento operante.Por ejemplo, es posible que desee que su paciente haga una práctica simple de caminar inmediatamente después del acondicionamiento descendente del reflejo H del sóleo para obtener mejores resultados. El desarrollo de EPOCS nos ha permitido ampliar la gama de aplicaciones de condicionamiento operante en el tratamiento de diferentes vibraciones de pacientes y deterioro sensorial motor y ha acelerado nuestros esfuerzos para aprovechar al máximo la neuroplasticidad para ampliar las posibilidades de neurorehabilitación.

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Investigación

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Neurociencia

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El sistema de condicionamiento operante potencial evocado (EPOCS): una herramienta de investigación y una terapia emergente para los trastornos neuromusculares crónicos

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