Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Projekcja wideo w czasie rzeczywistym w rezonansie magnetycznym w celu scharakteryzowania korelatów neuronalnych związanych z terapią lustrzaną w przypadku bólu fantomowego kończyn

9.5K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/58800

⸱

20 kwietnia 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Laboratory of Neuromodulation & Center for Clinical Research Learning, Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Harvard Medical School, Spaulding Rehabilitation Hospital, 2University of Chicago Medical Center, Department of Neurology, University of Chicago, 3Department of Neuroscience and Behavior, Psychology Institute, University of Sao Paulo, 4The Laboratory for Visual Neuroplasticity, Department of Ophthalmology, Massachusetts Eye and Ear Infirmary, Harvard Medical School, 5Center for Biomedical Imaging, Department of Anatomy and Neurobiology, Boston University School of Medicine, 6Spaulding Rehabilitation Hospital, Harvard Medical School, 7Department of Psychology & Milan Center for Neuroscience, University of Milano-Bicocca, 8Neuropsychological Laboratory, Istituto di Ricovero e Cura a Carattere Scientifico (IRCCS) Istituto Auxologico Italiano

W tym artykule

Podsumowanie

Prezentujemy nowatorski protokół połączonego obrazowania behawioralnego i neuroobrazowego, wykorzystujący projekcję wideo w czasie rzeczywistym w celu scharakteryzowania neuronalnych korelatów związanych z terapią lustrzaną w środowisku skanera rezonansu magnetycznego u osób po amputacji nogi z bólem fantomowym.

Streszczenie

Terapia lustrzana (MT) została zaproponowana jako skuteczna strategia rehabilitacyjna w celu złagodzenia objawów bólu u osób po amputacji z bólem fantomowym kończyn (PLP). Jednak ustalenie neuronalnych korelatów związanych z terapią MT było wyzwaniem, biorąc pod uwagę, że trudno jest skutecznie przeprowadzić terapię w środowisku skanera rezonansu magnetycznego (MRI). Aby scharakteryzować funkcjonalną organizację obszarów korowych związanych z tą strategią rehabilitacyjną, opracowaliśmy połączony protokół neuroobrazowania behawioralnego i funkcjonalnego, który można zastosować u uczestników po amputacji nogi. To nowatorskie podejście umożliwia uczestnikom poddanie się MT w środowisku skanera MRI poprzez oglądanie obrazów wideo w czasie rzeczywistym zarejestrowanych przez kamerę. Obrazy są oglądane przez uczestnika przez system luster i monitora, który uczestnik ogląda leżąc na łóżku skanera. W ten sposób można scharakteryzować zmiany funkcjonalne w obszarach korowych zainteresowania (np. korze sensomotorycznej) w odpowiedzi na bezpośrednie zastosowanie MT.

Wprowadzenie

PLP odnosi się do odczuwania bólu odczuwanego w obszarze odpowiadającym brakującej kończynie po amputacji1,2. Ten stan jest znaczącym przewlekłym obciążeniem opieki zdrowotnej i może mieć dramatyczny wpływ na jakość życia danej osoby3,4. Sugeruje się, że zmiany w strukturze i funkcji mózgu odgrywają fundamentalną rolę w rozwoju i neuropatofizjologii PLP5,6. Jednak neuronalne korelaty leżące u podstaw rozwoju objawów bólowych i sposobu ich łagodzenia w odpowiedzi na leczenie pozostają nieznane. Ten brak informacji wynika głównie z wyzwań technicznych i ograniczeń związanych z wykonywaniem danego podejścia terapeutycznego w ramach ograniczeń środowiska neuroobrazowania, takiego jak MRI5,7,8.

Wyniki wielu badań przypisują rozwój PLP nieadaptacyjnej reorganizacji neuroplastycznej zachodzącej w korze sensomotorycznej, jak również w innych obszarach mózgu. Wykazano na przykład, że po amputacji kończyny następuje przesunięcie w odpowiedniej reprezentacji kory sensomotorycznej sąsiednich obszarów. W rezultacie, sąsiednie obszary najwyraźniej zaczynają atakować strefy, które kiedyś odpowiadały amputowanej kończynie9,10. W celu złagodzenia objawów bólowych związanych z PLP, skuteczne mogą być zabiegi, takie jak MT lub obrazowanie motoryczne9,11,12. Sugeruje się, że złagodzenie objawów następuje przypuszczalnie poprzez międzymodalne ponowne ustanowienie aferentnych danych wejściowych, zapewnione przez obserwację odbitych w lustrze obrazów z niedotkniętej chorobą kończyny12,13,14,15,16,17. Dzięki tym obrazom uczestnicy są w stanie wyobrazić sobie odbicie przeciwległej kończyny zamiast tej, która została amputowana, tworząc w ten sposób iluzję, że obie kończyny pozostają. Efekty iluzji i immersji były wcześniej badane przez Diersa i wsp. na zdrowych osobach, w których porównanie aktywacji funkcjonalnej za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) oceniano po wykonaniu zadania za pomocą zwykłego pudełka lustrzanego lub rzeczywistości wirtualnej18. Jednak korelaty neuronalne związane z odwróceniem nieadaptacyjnych zmian neuroplastycznych i łagodzeniem objawów pozostają słabo poznane. Dodatkowo, mechanizm leżący u podstaw PLP pozostaje tematem badań, ponieważ wyraźna zmiana fizjopatologiczna stojąca za rozwojem PLP jest nadal nie w pełni wyjaśniona, podczas gdy ujawniono kontrowersyjne wyniki5,19. Jak wspomniano powyżej, wielu autorów przypisuje rozwój bólu deaferentacji i reorganizacji kory mózgowej dotkniętego chorobą obszaru mózgu (obszaru amputowanej kończyny)6,7,8; jednak odwrotne wyniki zostały opisane przez Makina i współpracowników, w których obecność bólu jest związana z zachowaniem struktury mózgu, a ból przypisuje się zmniejszeniu międzyregionalnej łączności funkcjonalnej19. W świetle tych kontrowersyjnych i przeciwstawnych wyników, wierzymy, że nowatorskie podejście przedstawione tutaj przyniesie dodatkowe istotne informacje do badania PLP i pozwoli naukowcom ocenić wpływ MT w żywym środowisku ze stopniem aktywacji mózgu, porównując je z poziomami bólu ocenianymi w naszym pełnym protokole19.

Poprzednia literatura na ten temat wykazała, że MT jest jedną z najodpowiedniejszych terapii behawioralnych w leczeniu PLP ze względu na jej łatwą implementację i niskie koszty12. W rzeczywistości wcześniejsze badania tej techniki wykazały dowody na odwrócenie nieprzystosowawczych zmian w obrębie pierwotnej kory czuciowo-ruchowej u osób po amputacji z PLP8,20,21. Mimo że MT jest prawdopodobnie jednym z najtańszych i najskuteczniejszych podejść do leczenia PLP12,22,23,24, potrzebne są dalsze badania, aby potwierdzić te efekty, ponieważ niektórzy pacjenci nie reagują na ten rodzaj leczenia8 i brakuje większych randomizowanych badań klinicznych, które zapewniają wyniki oparte na dowodach25.

Jedna z hipotez, dzięki którym MT może zmniejszyć PLP, jest związana z faktem, że lustrzane odbicie części ciała nie amputowanej pomaga zreorganizować i zintegrować niezgodność między propriocepcją a wizualnym sprzężeniem zwrotnym26. Mechanizmy leżące u podstaw MT mogą być związane z odwróceniem nieadaptacyjnego mapowania somatosensorycznego8,27,28.

Dla MT, badani są zobowiązani do wykonania kilku zadań motorycznych i sensorycznych za pomocą swojej nienaruszonej kończyny (np. zgięcia i wyprostu), obserwując ten efekt w lustrze umieszczonym w linii środkowej ciała uczestnika, tworząc w ten sposób żywe i precyzyjne odwzorowanie ruchu w obszarze amputowanej kończyny29.

Aby dalej rozwijać naukowe zrozumienie aspektów patofizjologii związanych z PLP, kluczowe jest lepsze scharakteryzowanie leżących u podstaw zmian neuroplastycznych, które wynikają z amputacji kończyn, a także poprawy objawów bólowych zapewnianych przez MT. W związku z tym techniki neuroobrazowania, takie jak fMRI, okazały się potężnymi narzędziami, które pomagają wyjaśnić mechanizmy patofizjologiczne związane z reorganizacją kory mózgowej i dostarczają wskazówek w kierunku optymalizacji rehabilitacji osób z PLP w kontekście klinicznym30,31. Co więcej, wysoka rozdzielczość przestrzenna zapewniana przez fMRI (w porównaniu na przykład z elektroencefalografią) pozwala na dokładniejsze mapowanie reakcji mózgu, takich jak reprezentacja palców i palców, w korze sensomotorycznej wraz z innymi obszarami mózgu32.

Do tej pory, neurofizjologia związana z MT pozostaje nieuchwytna, w dużej mierze ze względu na wyzwania związane z przeprowadzeniem procedury w środowisku skanera (np. trudno jest przeprowadzić terapię leżąc w skanerze). W tym miejscu opisujemy metodę, która pozwala osobie obserwować ruch własnych nóg w czasie rzeczywistym, leżąc na wznak w wąskich granicach otworu skanera. Dokładne odtworzenie żywych i wciągających wrażeń wywołanych przez terapię można odtworzyć za pomocą kamery wideo, która rejestruje obrazy poruszającej się nogi w czasie rzeczywistym, oraz systemu luster i monitora, które mogą być oglądane bezpośrednio przez uczestnika badania.

Poprzednie badania próbowały włączyć techniki takie jak nagrywanie wideo, wirtualna rzeczywistość i nagrane animacje jako sposób na przedstawienie bodźca wizualnego i obejście tych technicznych wyzwań9,16,33,34. Jednak skuteczność tych technik jest ograniczona35,36,37,38,39. W szczególnym przypadku korzystania z nagranego wcześniej wideo często występuje słaba synchronizacja między ruchami uczestników a ruchami zapewnianymi przez wideo, a także brak dokładności czasu, co prowadzi do słabego realistycznego wrażenia, że porusza się własna noga danej osoby. Aby poprawić to poczucie zanurzenia sensomotorycznego, podjęto próby innych technik, takich jak rzeczywistość wirtualna i zdigitalizowane animacje. Nie udało im się jednak wygenerować wizualnie przekonujących wrażeń ze względu na niską rozdzielczość obrazu, ograniczone pole widzenia, nierealistyczne lub nienaturalne ruchy podobne do ludzkich oraz obecność opóźnienia ruchu (tj. desynchronizacji ruchu). Ponadto brak dokładnego modelowania w połączeniu ze słabą kontrolą nad innymi cechami, takimi jak wpływ tarcia, pędu i grawitacji, utrudnia postrzeganie żywego i wciągającego wrażenia40. Dlatego w przypadku osób po amputacji warto zapoznać się ze strategiami, które zapewnią, że badani są zaangażowani w zadanie poznawcze (obserwacja) i zanurzają się w iluzji ruchu amputowanej kończyny. Wreszcie, zasoby wymagane do opracowania i wdrożenia tych złożonych strategii mogą być czasochłonne i/lub zbyt kosztowne.

Opisujemy nowe podejście, które naszym zdaniem tworzy realistyczne i żywe poczucie zanurzenia, dzięki któremu uczestnik może zobaczyć na żywo i w czasie rzeczywistym wyświetlany obraz własnej kończyny podczas wykonywania sesji klasy MT31. Takie podejście jest wykonywane, gdy dana osoba leży w otworze skanera i nie wiąże się ze znacznymi kosztami ani szeroko zakrojonym rozwojem technicznym.

Ten protokół jest częścią sponsorowanego przez National Institutes of Health (NIH) Research Project Grant (RO1) badania klinicznego, które ocenia efekty połączenia techniki neuromodulacyjnej, a mianowicie przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS), z terapią behawioralną (terapia lustrzana) w celu złagodzenia bólu fantomowego kończyn31. Oceniamy zmiany w wizualnej skali analogowej (VAS) dla bólu na początku badania, przed i po każdej sesji interwencyjnej. fMRI jest stosowany jako narzędzie neurofizjologiczne w celu oceny zmian strukturalnych w funkcjonowaniu mózgu i jego korelacji z ulgą PLP. W związku z tym uzyskuje się wstępny fMRI, aby uzyskać bazową mapę strukturalnej organizacji mózgu uczestnika, która pokaże, że występuje nieadaptacyjna reorganizacja kory mózgowej5,6,8,11,13,14,18,28 lub że go nie ma19; w ten sam sposób naukowiec może obserwować, które obszary są aktywowane na początku badania za pomocą MT, aby zrozumieć reakcję aktywacji obszarów na MT; wreszcie, możliwe jest uzyskanie drugiego fMRI po interwencji, aby sprawdzić, czy po skojarzonej terapii z tDCS i MT zostały wygenerowane zmiany (modulacja) w reorganizacji kory mózgowej i przeanalizować, czy zmiany te są skorelowane lub związane ze stopniem zmiany bólu. W związku z tym protokół ten pozwala naukowcom ocenić zmiany strukturalne w reorganizacji u pacjentów z PLP podczas MT, a także pomaga im zrozumieć, czy te zmiany obserwowane w fMRI są związane ze zmianami w PLP, dostarczając w ten sposób dodatkowych szczegółów na temat tego, jak MT wpływa na aktywność strukturalną i funkcjonalną mózgu w celu modyfikacji bólu fantomowego.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Przygotowanie obiektu

  1. Przed rozpoczęciem badania należy poprosić uczestnika o wypełnienie formularza świadomej zgody oraz przeprowadzenie oceny bezpieczeństwa MRI, którą wykonuje technik neuroobrazowania w placówce skanującej, aby upewnić się, że uczestnik nie ma żadnych znanych przeciwwskazań do badania (np. metalowych implantów w organizmie, historii klaustrofobii lub ciąży).
  2. Przekazać uczestnikowi szczegółowe instrukcje dotyczące procedury eksperymentalnej.
  3. Poprosić badanego o wysłuchanie instruktażowego nagrania audio, aby upewnić się, że jest on w stanie zrozumieć i stosować się do instrukcji przekazywanych podczas procedury skanowania.
  4. Przeprowadzić próbne badanie w skanerze symulacyjnym (mock scanner), aby ułatwić zapoznanie się z instrukcjami zadania w środowisku skanera.
    UWAGA: Skaner symulacyjny jest pod każdym względem podobny do rzeczywistego skanera MRI służącego do pozyskiwania danych, lecz nie posiada aktywnego magnesu.
  5. Przekazać uczestnikowi jasne instrukcje, aby unikał ruchów kończyny pozostałej oraz fantomowej, w celu zapobieżenia skurczom mięśni kikuta, które mogłyby zakłócić sygnał mózgu.

2. Przygotowanie eksperymentu

UWAGA: Protokół eksperymentalny jest podobny do tego, który został opisany wcześniej w celu zbadania korelatów neuronalnych związanych z wyobrażeniem psychicznym poruszania kończynami górnymi. W niniejszym przypadku dostosowaliśmy to podejście do ruchu kończyn dolnych. W szczególności zadania behawioralne składają się z następujących elementów.

  1. Przed wejściem do pomieszczenia ze skanerem poproś uczestnika o zdjęcie protezy oraz wszelkich metalowych przedmiotów.
  2. Poproś technika MRI o upewnienie się, że uczestnik nie posiada na ciele żadnych metalowych elementów, które mogłyby stanowić zagrożenie.
  3. Przetransportuj uczestnika do pomieszczenia MRI w wózku inwalidzkim kompatybilnym z MRI; następnie poproś uczestnika o samodzielne przesiadkę na stół skanera MRI.
  4. W przypadku MT, umieść w wygodny sposób jednoczęściowe, kompatybilne z MRI lustro poziome (10,000 mm x 255 mm x 3 mm) wsparte na trójnogu pomiędzy nogami uczestnika leżącego na plecach na stole skanera. Użyj worków z piaskiem, aby zapewnić stabilność i lepsze ustawienie lustra. Przymocuj statyw lustra do regulowanego ramienia, tak aby można go było ustawić zgodnie z wzrostem i pozycją badanego, bez kontaktu z jakąkolwiek częścią ciała ( Rysunek 1).

Układ terapii lustrzanej z MRI w bólach fantomowych; lustro odbija amputowaną kończynę, kamera rejestruje obraz.
Rycina 1: Układ kamery wideo i lustra. Lustro jest ustawione między nogami pod kątem około 45°, w zależności od wzrostu uczestnika i poziomu amputacji. Celem jest zakrycie kikuta i uczynienie go niewidocznym dla systemów wideo. Worki z piaskiem są używane do utrzymania lustra w prawidłowej pozycji. Położenie kamery jest również regulowane i można je łatwo zmienić za pomocą statywu lub regulowanego uchwytu (zmieniającego kąt kamery). Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

  1. W celu uzyskania informacji wizualnej, zamontuj kompatybilną z MRI cyfrową kamerę na regulowanym statywie w pobliżu nienaruszonej nogi uczestnika ( Rysunek 1).
    UWAGA: Kamera jest wymieniona w Tabeli materiałów i kosztuje około 217 USD. Kamera rejestruje obrazy w rozdzielczości 1 080 pikseli. Ponieważ sama kamera nie była umieszczana wewnątrz otworu MRI, nie ma potrzeby stosowania droższych systemów kompatybilnych z MRI. Kamera jest przymocowana do bezpiecznego dla MRI stojaka na kroplówkę za pomocą modularnego węża typu gęsia szyja, co umożliwia zmianę położenia.
  2. Przymocuj kamerę do statywu, co pozwoli na odpowiednią regulację kąta widzenia oraz pola widzenia.
  3. Umieść drugie lustro na cewce głowowej MRI, aby umożliwić uczestnikowi bezpośredni podgląd obrazu wyświetlanego na monitorze podczas leżenia wewnątrz otworu skanera ( Rysunek 2).

Układ MRI z diagramem terapii lustrzanej; amputowana kończyna, obraz lustrzany, proces transmisji wideo na żywo.
Rycina 2: Schemat kamery wideo i projekcji obrazu w środowisku skanera. Projekcja wideo w czasie rzeczywistym w systemie terapii lustrzanej składa się z trzech podsystemów. 1) Podsystem kamery i monitora. Obraz wideo jest przesyłany do monitora, dzięki czemu badany może w czasie rzeczywistym obserwować ruchy nogi i nogi lustrzanej. 2) Cewka głowowa z przymocowanym lustrem. Lustro w cewce głowowej pozwala uczestnikowi obserwować monitor bez poruszania głową. Lustro znajduje się pod kątem 45° na wysokości oczu. 3) Lustro i worki z piaskiem. Lustro kompatybilne z MRI jest ostrożnie umieszczone między nogami a kikutem w taki sposób, aby zakrywało kikut i umożliwiało wyświetlenie optymalnego obrazu. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

  1. Skonfiguruj transmisję obrazu wideo w czasie rzeczywistym tak, aby była przesyłana za pomocą systemu sterowanego komputerowo i wyświetlana na monitorze umieszczonym z tyłu otworu skanera (blisko głowy uczestnika).
    UWAGA: Pomiędzy projekcją a zarejestrowanym rzeczywistym ruchem nie występuje zauważalne opóźnienie czasowe. Rzeczywisty ruch i informacja zwrotna w postaci obrazu są rozdzielone odstępem krótszym niż sekunda, co według relacji uczestników nie zakłóca wrażenia działania w czasie rzeczywistym.

3. Skanowanie i gromadzenie danych

  1. Należy pozyskać dane fMRI za pomocą skanera 3 T, wykorzystując 8-kanałową cewkę głowową typu phased-array.
  2. Należy wykonać sekwencje obrazowania obejmujące strukturalny obraz T1-zależny o wysokiej rozdzielczości (TE: 3.1 ms, TR: 6.8 ms, kąt odchylenia: 9°, izotropowy rozmiar woksela 1 mm) (skan anatomiczny) oraz pomiary sygnału fMRI zależnego od poziomu utlenowania krwi (BOLD) przy użyciu protokołu opartego na wielowarstwowym obrazowaniu echo-planarnym (EPI) z gradientem (fast-field) i standardowych parametrach (TE: 28 ms, TR: 2 s, kąt odchylenia: 90°, izotropowy rozmiar woksela 3 mm, orientacja osiowa, obejmująca cały mózg).
    UWAGA: Cała procedura skanowania trwa około 30 min. Obejmuje ona wstępny 4-minutowy skan strukturalny (anatomiczny) oraz cztery akwizycje zadań (funkcjonalne), z których każda trwa 6 min. Podczas każdego zadania (akwizycji funkcjonalnej) pacjent powinien stukać stopą z prędkością 1 uderzenia na sekundę.
  3. Podczas skanowania uczestnik powinien przez całą sesję nosić słuchawki kompatybilne z MRI i izolujące od dźwięków (np. Westone), aby słyszeć polecenia słuchowe badacza.
  4. Gdy pacjent leży w skanerze, należy odtworzyć ścieżkę dźwiękową w taki sposób, aby uczestnik słyszał serię sygnałów słuchowych do wykonania danego zadania behawioralnego.
  5. Należy stosować następujące polecenia: 1) „noga” w przypadku ruchu amputowanej nogi (patrz uwaga po kroku 3.11); 2) „lustro” w przypadku ruchu zdrowej nogi podczas oglądania nagrania wideo w czasie rzeczywistym (obserwując tym samym ruch nogi w pozycji nogi amputowanej za pomocą lustra); 3) „odpoczynek”, podczas którego uczestnik zaprzestaje wszelkich ruchów nogą i leży nieruchomo z zamkniętymi oczami. Dodatkowo badacz powinien wypowiadać słowa „start” oraz „koniec”, aby odpowiednio zasygnalizować początek i koniec serii eksperymentalnej ( Rycina 3).

schemat równowagi statycznej; sekwencja ćwiczeń nóg z fazami lustra i odpoczynku, po 20 s każda.
Rycina 3: Projekt zadania. Projekt zadania składa się z trzech kroków. Podczas pierwszego kroku „noga”, badany otrzymuje polecenie poruszania nogą (zginania stopy) w tempie około jednego ruchu co 2 s (10 ruchów w 20 s) przy zamkniętych oczach. W drugim kroku „lustro” uczestnik ma nadal poruszać nogą (10 ruchów w 20 s), patrząc jednocześnie na monitor wideo wyświetlający w czasie rzeczywistym obraz lustrzany nóg. Ostatni krok polega na odpoczynku badanego.

  1. Poproś uczestnika o wykonanie ruchu nieamputowaną kończyną dolną przy zamkniętych oczach (np. powtarzające się zgięcie podeszwowe i grzbietowe stopy w tempie około jednego ruchu co 2-3 s).
  2. Poproś uczestnika o wykonanie tego samego ruchu nogą, jednak tym razem uczestnik obserwuje obraz lustrzany swojej poruszającej się nogi w miejscu amputowanej kończyny, przy wykorzystaniu rejestracji wideo ruchu zdrowej nogi w czasie rzeczywistym.
  3. Poproś uczestnika o przejście do stanu spoczynku, w którym leży nieruchomo, nie wykonując żadnych ruchów nogami.
    UWAGA: Każdy warunek trwa 20 s (tj. jeden blok eksperymentalny = 60 s) przy całkowitym czasie trwania serii wynoszącym 6 min (sześć powtórzeń serii eksperymentalnej na blok).
  4. Zbierz dane w jednej sesji dla każdego uczestnika.
  5. Poinstruuj badacza, aby odnotowywał wszelkie niepożądane ruchy i między seriami instruował uczestnika, aby zachowywał prawidłowe tempo i sposób wykonywania ruchów.
  6. Upewnij się, że po wykonaniu procedur badacz przenosi dane na zaszyfrowany dysk flash i przechowuje je w bezpiecznym miejscu w placówce.
    UWAGA: W niniejszym protokole słowo „noga” jest używane zamiennie ze słowem „stopa”. Mimo że uczestnicy wykonują jedynie ruchy stopą (ze względu na ograniczenia wynikające z urządzenia MRI), większość z nich ma amputowaną większą część kończyny dolnej i są określani jako osoby z amputacją nogi, a nie stopy.

4. Analiza

  1. Przeanalizować dane z funkcjonalnego obrazowania neuronowego przy użyciu standardowych technik30,41, stosując projekt analizy podłużnej (baseline i po leczeniu) oraz strumień przetwarzania w pakiecie oprogramowania FMRIB Software Library (FSL)42,43.
    1. Dla każdego skanu funkcjonalnego przeprowadzić korekcję ruchu 3D przy użyciu wyrównania pierwszego wolumenu, filtrowanie górnoprzepustowe w celu usunięcia czasowych trendów liniowych, a następnie wykonać korekcję czasu akwizycji warstw i wygładzanie przestrzenne (jądro Gaussa, 5.0 mm pełnej szerokości połówki maksimum [FWHM]).
      1. Oznaczyć wolumeny z ruchem powyżej 0.9 mm w dowolnym kierunku za pomocą strumienia przetwarzania detekcji wartości odstających ruchu w FSL i matematycznie „usunąć” (scrub) je z końcowej analizy44.
        UWAGA: Jeśli do usunięcia wyznaczono ponad 25% wolumenów, całą akwizycję należy wykluczyć z całkowitego zbioru danych.
    2. Współrejestrować każdy z wstępnie przetworzonych obrazów funkcjonalnych z obrazem anatomicznym o wysokiej rozdzielczości, a następnie przenieść je do standardowej przestrzeni Talairacha.
    3. Dopasować ogólny model liniowy (GLM) do przebiegu czasowego wokseli, w którym każdy warunek eksperymentalny jest modelowany przez regresor prostokątny (boxcar), który należy wygładzić funkcją odpowiedzi hemodynamicznej podwójnego gamma.
    4. Użyć anatomicznego wolumenu T1-zależnego o wysokiej rozdzielczości do zbudowania nadmuchniętej siatki powierzchni kory w celu wizualizacji aktywacji w bruzdach, a następnie rzutować mapy poszczególnych badanych dla każdego kontrastu zainteresowania na zrekonstruowaną siatkę badanego.
      UWAGA: Projekcje powinny przedstawiać istotne wartości z modelu GLM. Ustawić próg istotności statystycznej na standardowym kryterium p < 0.001 z korektą na wielokrotne porównania, stosując korektę progu wielkości klastra.
  2. Przeprowadzić analizę obszaru zainteresowania (ROI).
    1. Zdefiniować szeroko główny ROI przy użyciu atlasu Desikana w FreeSurfer45 dla pierwotnej kory czuciowo-ruchowej, a następnie doprecyzować go dla każdego badanego, wykorzystując specyficzną dla danej osoby aktywację funkcjonalną podczas warunku noga vs. spoczynek w skanie baseline.
    2. Odbić doprecyzowany główny ROI na homologiczny obszar przeciwległej półkuli (tj. ipsilateralną reprezentację pierwotnej kory czuciowo-ruchowej nienaruszonej kończyny dolnej).
    3. Użyć standardowego anatomicznego atlasu Desikana w FreeSurfer45 do zdefiniowania całej (obustronnej) kory wzrokowej potylicznej jako wtórnego ROI.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Generowanie wrażeń związanych z MT za pomocą projekcji wideo w czasie rzeczywistym jest możliwe. Uczestnicy subiektywnie zgłaszali, że postrzegany obraz wideo jest realistyczny, a odczucia są imersyjne.

Ponadto wzorce aktywacji kory związane z MT (tj. ruchem nogi i oglądaniem rzutowanego obrazu lustrzanego) w środowisku skanera są stabilne. W badaniu pilotażowym odpowiedzi korowe na MT zarejestrowano za pomocą fMRI u uczestnika ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Protokół ten opisuje nową, wykonalną procedurę, która pozwala badaczom dokładnie scharakteryzować neuronalne korelaty związane z MT u osób z PLP.

Jak wcześniej wspomniano, wcześniejsze badania miały na celu zbadanie neuronalnych korelatów związanych z leczeniem MT poprzez włączenie różnych technik, takich jak nagrywanie wideo, rzeczywistość wirtualna i nagrane wcześniej animacje 9,33,34. Podejścia te ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

To badanie było wspierane przez grant NIH RO1 (1R01HD082302).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
SkanerPhillipsNA3 Tesla Philips Acheiva Skaner MRI
KameraLogitechNAHD Pro Kamera internetowa C910
MonitorCambridge Research SystemsNA  Ekran 3D BOLD do lustra MRI
TAPPlastics99999Lustrzane arkusze akrylowe (Cut­ do & nieśmiały; Rozmiar) i nieśmiały; Przezroczysty 1/8 (.118)" Gruby, 10" Szeroki, 40" Długi
StojakNAStojak na lustro został zbudowany przez współpracowników z prostokątnego kawałka drewna
SłuchawkiWestone SensimetricsPN 79245Wymienne końcówki piankowe zgodne do słuchawek o uniwersalnym dopasowaniu. Rozmiar kanału: Standardowo 6 sztuk / 3 pary  Kompatybilny z
MR w słuchawkach dousznych
Skaner MRIPhillips3.0 T Philips Achieva System 
na lustro

Bibliografia

  1. Louis, E. D., York, G. K. Weir Mitchell’s observations on sensory localization and their influence on Jacksonian neurology. Neurology. 66 (8), 1241-1244 (2006).
  2. Weinstein, S. M. Phantom Limb Pain and Related Disorders. Neurologic Clinics. 16 (4), 919-935 (1998).
  3. Rudy, T. E., Lieber, S. J., Boston, J. R., Gourley, L. M., Baysal, E. Psychosocial Predictors of Physical Performance in Disabled Individuals With Chronic Pain. The Clinical Journal of Pain. 19 (1), 18-30 (2003).
  4. Whyte, A. S., Carroll, L. J. A preliminary examination of the relationship between employment, pain and disability in an amputee population. Disability and Rehabilitation. 24 (9), 462-470 (2002).
  5. Flor, H., Diers, M., Andoh, J. The neural basis of phantom limb pain. Trends in Cognitive Sciences. 17 (7), 307-308 (2013).
  6. Flor, H., Nikolajsen, L., Staehelin Jensen, T. Phantom limb pain: a case of maladaptive CNS plasticity? Nature Reviews. Neuroscience. 7 (11), 873-881 (2006).
  7. Lotze, M., Flor, H., Grodd, W., Larbig, W., Birbaumer, N. Phantom movements and pain. An fMRI study in upper limb amputees. Brain: A Journal of Neurology. 124 (Pt 11), 2268-2277 (2001).
  8. Foell, J., Bekrater-Bodmann, R., Diers, M., Flor, H. Mirror therapy for phantom limb pain: Brain changes and the role of body representation. European Journal of Pain (United Kingdom). 18 (5), 729-739 (2014).
  9. Subedi, B., Grossberg, G. T. Phantom limb pain: Mechanisms and treatment approaches. Pain Research and Treatment. 2011, (2011).
  10. Elbert, T., et al. Extensive reorganization of the somatosensory cortex in adult humans after nervous system injury. NeuroReport. 5 (18), 2593-2597 (1994).
  11. Diers, M., Christmann, C., Koeppe, C., Ruf, M., Flor, H. Mirrored, imagined and executed movements differentially activate sensorimotor cortex in amputees with and without phantom limb. Pain. 149 (2), 296-304 (2010).
  12. Chan, B. L., et al. Mirror therapy for phantom limb pain. The New England Journal of Medicine. 357 (21), 2206-2207 (2007).
  13. Flor, H., Knost, B., Birbaumer, N. Processing of pain- and body-related verbal material in chronic pain patients: central and peripheral correlates. Pain. 73 (3), 413-421 (1997).
  14. Flor, H., Braun, C., Elbert, T., Birbaumer, N. Extensive reorganization of primary somatosensory cortex in chronic back pain patients. Neuroscience Letters. 224 (1), 5-8 (1997).
  15. Bolognini, N., Russo, C., Vallar, G. Crossmodal illusions in neurorehabilitation. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 9 (August), (2015).
  16. Senna, I., Russo, C., Parise, C. V., Ferrario, I., Bolognini, N. Altered visual feedback modulates cortical excitability in a mirror-box-like paradigm. Experimental Brain Research. 233 (6), 1921-1929 (2015).
  17. Ambron, E., Miller, A., Kuchenbecker, K. J., Buxbaum, L. J., Coslett, H. B. Immersive low-cost virtual reality treatment for phantom limb pain: Evidence from two cases. Frontiers in Neurology. , (2018).
  18. Diers, M., et al. Illusion-related brain activations: A new virtual reality mirror box system for use during functional magnetic resonance imaging. Brain Research. 1594, 173-182 (2015).
  19. Makin, T. R., et al. Phantom pain is associated with preserved structure and function in the former hand area. Nature Communications. 4, 1570(2013).
  20. Darnall, B. D., Li, H. Home-based self-delivered mirror therapy for phantom pain: A pilot study. Journal of Rehabilitation Medicine. 44 (3), 254-260 (2012).
  21. Rothgangel, A. S., Braun, S. M., Beurskens, A. J., Seitz, R. J., Wade, D. T. The clinical aspects of mirror therapy in rehabilitation: a systematic review of the literature. International Journal of Rehabilitation Research. 34 (1), 1-13 (2011).
  22. Griffin, S. C., et al. Trajectory of phantom limb pain relief using mirror therapy: Retrospective analysis of two studies. Scandinavian Journal of Pain. 15, 98(2017).
  23. Tsao, J. W., Finn, S. B., Miller, M. E. Reversal of phantom pain and hand-to-face remapping after brachial plexus avulsion. Annals of Clinical and Translational Neurology. 3 (6), 463-464 (2016).
  24. Tung, M. L., et al. Observation of limb movements reduces phantom limb pain in bilateral amputees. Annals of Clinical and Translational Neurology. 1 (9), 633-638 (2014).
  25. Datta, R., Dhar, M. Mirror therapy: An adjunct to conventional pharmacotherapy in phantom limb pain. Journal of Anaesthesiology, Clinical Pharmacology. 31 (4), 575-578 (2015).
  26. Kim, S. Y., Kim, Y. Y. Mirror therapy for phantom limb pain. The Korean Journal of Pain. 25 (4), 272-274 (2012).
  27. Halligan, P. W., Zeman, A., Berger, A. Phantoms in the brain. Question the assumption that the adult brain is “hard wired“. BMJ (Clinical Research ed.). 319 (7210), 587-588 (1999).
  28. Flor, H., et al. Phantom-limb pain as a perceptual correlate of cortical reorganization following arm amputation. Nature. 375 (6531), 482-484 (1995).
  29. Genius, J., et al. Mirror Therapy:Practical Protocol for Stroke Rehabilitation. Pain Practice. 16 (4), 422-434 (2013).
  30. Forman, S. D., et al. Improved assessment of significant activation in functional magnetic resonance imaging (fMRI): use of a cluster-size threshold. Magnetic Resonance in Medicine. 33 (5), 636-647 (1995).
  31. Pinto, C. B., et al. Optimizing Rehabilitation for Phantom Limb Pain Using Mirror Therapy and Transcranial Direct Current Stimulation: A Randomized, Double-Blind Clinical Trial Study Protocol. JMIR Research Protocols. 5 (3), e138(2016).
  32. Goense, J., Bohraus, Y., Logothetis, N. K. fMRI at High Spatial Resolution: Implications for BOLD-Models. Frontiers in Computational Neuroscience. 10, 66(2016).
  33. Khor, W. S., et al. Augmented and virtual reality in surgery—the digital surgical environment: applications, limitations and legal pitfalls. Annals of Translational Medicine. 4 (23), 454(2016).
  34. Nosek, M. A., Robinson-Whelen, S., Hughes, R. B., Nosek, T. M. An Internet-based virtual reality intervention for enhancing self-esteem in women with disabilities: Results of a feasibility study. Rehabilitation Psychology. 61 (4), 358-370 (2016).
  35. Henry, J. Virtual Reality in 2016: Its Power and Limitations. Medium. , (2016).
  36. Renner, R. S., Velichkovsky, B. M., Helmert, J. R. The perception of egocentric distances in virtual environments - A review. ACM Computing Surveys. 46 (2), 1-40 (2013).
  37. Huang, M. P., Alessi, N. E. Current limitations into the application of virtual reality to mental health research. Studies in Health Technology and Informatics. , (1998).
  38. Ballester, B. R., et al. Domiciliary VR-Based Therapy for Functional Recovery and Cortical Reorganization: Randomized Controlled Trial in Participants at the Chronic Stage Post Stroke. JMIR Serious Games. 5 (3), e15-e15 (2017).
  39. Bower, K. J., et al. Clinical feasibility of interactive motion-controlled games for stroke rehabilitation. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 12, 63(2015).
  40. Reed, S. K. Structural descriptions and the limitations of visual images. Memory & Cognition. 2 (2), 329-336 (1974).
  41. Boynton, G. M., Engel, S. A., Glover, G. H., Heeger, D. J. Linear Systems Analysis of Functional Magnetic Resonance Imaging in Human V1. The Journal of Neuroscience. 16 (13), 4207-4221 (1996).
  42. Jenkinson, M., Beckmann, C. F., Behrens, T. E. J., Woolrich, M. W., Smith, S. M. FSL. NeuroImage. 62 (2), 782-790 (2012).
  43. Smith, S. M., et al. Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL. NeuroImage. 23 (Supple), S208-S219 (2004).
  44. Siegel, J. S., et al. Statistical Improvements in Functional Magnetic Resonance Imaging Analyses Produced by Censoring High-Motion Data Points. Human Brain Mapping. 35 (5), 1981-1996 (2014).
  45. Desikan, R. S., et al. An automated labeling system for subdividing the human cerebral cortex on MRI scans into gyral based regions of interest. NeuroImage. 31 (3), 968-980 (2006).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Skaner MRIfunkcjonalne obrazowanie neuron wkora sensoromotorycznakora wzrokowakorekcja ruch w g owyanaliza obszaru zainteresowaniaoprogramowanie FSL
Projekcja wideo w czasie rzeczywistym w rezonansie magnetycznym w celu scharakteryzowania korelatów neuronalnych związanych z terapią lustrzaną w przypadku bólu fantomowego kończyn
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.