Name: Wywołany potencjalny system warunkowania instrumentalnego (EPOCS): narzędzie badawcze i nowa terapia przewlekłych zaburzeń nerwowo-mięśniowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-08-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 8 s
Description: Poznaj system EPOCS do warunkowania odruchów H w celu neurorehabilitacji po urazach rdzenia kręgowego i udarach. Ta metoda poprawia chód i funkcje motoryczne poprzez neuroplastyczność.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez NIH (NIBIB) P41EB018783 (JRW), NIH (NINDS) R01NS114279 (AKT), NIH (NINDS) U44NS114420 (I. Clements, AKT, JRW), NYS SCIRB C33279GG & C32236GG (JRW), NIH (NICHD) P2C HD086844 (S. Kautz), The Doscher Neurorehabilitation Research Program (AKT) oraz Stratton Albany VA Medical Center.

<ol><li>Thompson, A. K., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+neuroplasticity+for+rehabilitation%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Targeted neuroplasticity for rehabilitation.</a> Progress in Brain Research. 218, 157-172 (2015).</li>
<li>Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+can+the+spinal+cord+teach+us+about+learning+and+memory%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscientist%22%5BJournal%5D)">What can the spinal cord teach us about learning and memory.</a> Neuroscientist. 16 (5), 532-549 (2010).</li>
<li>Thompson, A. K., Pomerantz, F. R., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+a+spinal+reflex+can+improve+locomotion+after+spinal+cord+injury+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of a spinal reflex can improve locomotion after spinal cord injury in humans.</a> Journal of Neuroscience. 33 (6), 2365-2375 (2013).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Locomotor+impact+of+beneficial+or+nonbeneficial+H-reflex+conditioning+after+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Locomotor impact of beneficial or nonbeneficial H-reflex conditioning after spinal cord injury.</a> Journal of Neurophysiology. 111 (6), 1249-1258 (2014).</li>
<li>Thompson, A. K., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((H-reflex+conditioning+during+locomotion+in+people+with+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">H-reflex conditioning during locomotion in people with spinal cord injury.</a> Journal of Physiology. 599 (9), 2453-2469 (2021).</li>
<li>Bunday, K. L., Perez, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+recovery+after+spinal+cord+injury+enhanced+by+strengthening+corticospinal+synaptic+transmission%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Motor recovery after spinal cord injury enhanced by strengthening corticospinal synaptic transmission.</a> Current Biology. 22 (24), 2355-2361 (2012).</li>
<li>Schalk, G., McFarland, D., Hinterberger, T., Birbaumer, N., Wolpaw, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BCI2000%3A+a+general-purpose+brain-computer+interface+%28BCI%29+system%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">BCI2000: a general-purpose brain-computer interface (BCI) system.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 51 (6), 1034-1043 (2004).</li>
<li>Schalk, G., Mellinger, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSchalk%2C+G+%22A+Practical+Guide+to+Brain-Computer+Interfacing+with+BCI2000%22">A Practical Guide to Brain-Computer Interfacing with BCI2000</a>. , Springer. London, UK. (2010).</li>
<li>Wolpaw, J. R., Braitman, D. J., Seegal, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptive+plasticity+in+primate+spinal+stretch+reflex%3A+initial+development%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Adaptive plasticity in primate spinal stretch reflex: initial development.</a> Journal of Neurophysiology. 50 (6), 1296-1311 (1983).</li>
<li>Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+primate+spinal+reflexes%3A+The+H-reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of primate spinal reflexes: The H-reflex.</a> Journal of Neurophysiology. 57 (2), 443-459 (1987).</li>
<li>Chen, X. Y., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+H-reflex+in+freely+moving+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of H-reflex in freely moving rats.</a> Journal of Neurophysiology. 73 (1), 411-415 (1995).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+H-reflex+can+correct+a+locomotor+abnormality+after+spinal+cord+injury+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of H-reflex can correct a locomotor abnormality after spinal cord injury in rats.</a> Journal of Neuroscience. 26 (48), 12537-12543 (2006).</li>
<li>Chen, X. Y., Chen, L., Chen, Y., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+reciprocal+inhibition+in+rat+soleus+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of reciprocal inhibition in rat soleus muscle.</a> Journal of Neurophysiology. 96 (4), 2144-2150 (2006).</li>
<li>Thompson, A. K., Pomerantz, F. R., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+a+spinal+reflex+can+improve+locomotion+after+spinal+cord+injury+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of a spinal reflex can improve locomotion after spinal cord injury in humans.</a> Journal of Neuroscience. 33 (6), 2365-2375 (2013).</li>
<li>Thompson, A. K., Favale, B. M., Velez, J., Falivena, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+up-conditioning+of+the+tibialis+anterior+motor-evoked+potential+in+multiple+sclerosis%3A+feasibility+case+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Plasticity%22%5BJournal%5D)">Operant up-conditioning of the tibialis anterior motor-evoked potential in multiple sclerosis: feasibility case studies.</a> Neural Plasticity. , 4725393(2018).</li>
<li>Thompson, A. K., Chen, X. Y., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acquisition+of+a+simple+motor+skill%3A+Task-dependent+adaptation+plus+long-term+change+in+the+human+soleus+H-reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Acquisition of a simple motor skill: Task-dependent adaptation plus long-term change in the human soleus H-reflex.</a> Journal of Neuroscience. 29 (18), 5784-5792 (2009).</li>
<li>Makihara, Y., Segal, R. L., Wolpaw, J. R., Thompson, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+the+soleus+H-reflex+does+not+induce+long-term+changes+in+the+gastrocnemius+H-reflexes+and+does+not+disturb+normal+locomotion+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of the soleus H-reflex does not induce long-term changes in the gastrocnemius H-reflexes and does not disturb normal locomotion in humans.</a> Journal of Neurophysiology. 112 (6), 1439-1446 (2014).</li>
<li>Hoffmann, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beitrag+zur+Kenntnis+der+menschlichen+Reflexe+mit+besonderer+Ber%C3%BCcksichtigung+der+elektrischen+Erscheinungen%5BTitle%5D)+AND+%22Archiv+f%C3%BCr+Anatomie%2C+Physiologie+und+Wissenschaftliche+Medicin%22%5BJournal%5D)">Beitrag zur Kenntnis der menschlichen Reflexe mit besonderer Berücksichtigung der elektrischen Erscheinungen.</a> Archiv für Anatomie, Physiologie und Wissenschaftliche Medicin. 1, 223-246 (1910).</li>
<li>Magladery, J. W., McDougal, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrophysiological+studies+of+nerve+and+reflex+activity+in+normal+man%2C+I%3A+Identification+of+certain+reflexes+in+the+electromyogram+and+the+conduction+velocity+of+peripheral+nerve+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Bulletin+of+the+Johns+Hopkins+Hospital%22%5BJournal%5D)">Electrophysiological studies of nerve and reflex activity in normal man, I: Identification of certain reflexes in the electromyogram and the conduction velocity of peripheral nerve fibers.</a> Bulletin of the Johns Hopkins Hospital. 86, 265-289 (1950).</li>
<li>Zehr, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Considerations+for+use+of+the+Hoffmann+reflex+in+exercise+studies%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Considerations for use of the Hoffmann reflex in exercise studies.</a> European Journal of Applied Physiology. 86 (5), 455-468 (2002).</li>
<li>Misiaszek, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+H-reflex+as+a+tool+in+neurophysiology%3A+Its+limitations+and+uses+in+understanding+nervous+system+function%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+%26+Nerve%22%5BJournal%5D)">The H-reflex as a tool in neurophysiology: Its limitations and uses in understanding nervous system function.</a> Muscle & Nerve. 28 (2), 144-160 (2003).</li>
<li>Pierrot Deseilligny, E., Burke, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPierrot+Deseilligny%2C+E+%22The+Circuitry+of+the+Human+Spinal+Cord%3A+Its+Role+in+Motor+Control+and+Movement+Disorders%22">The Circuitry of the Human Spinal Cord: Its Role in Motor Control and Movement Disorders</a>. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2012).</li>
<li>Skinner, B. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSkinner%2C+BF+%22The+Behavior+of+Organisms%3A+An+Experimental+Analysis%22">The Behavior of Organisms: An Experimental Analysis</a>. , Appleton-Century-Crofts. New York, USA. (1938).</li>
<li>Eftekhar, A., Norton, J. J. S., McDonough, C. M., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retraining+reflexes%3A+Clinical+translation+of+spinal+reflex+operant+conditioning%5BTitle%5D)+AND+%22Neurotherapeutics%22%5BJournal%5D)">Retraining reflexes: Clinical translation of spinal reflex operant conditioning.</a> Neurotherapeutics. 15 (3), 669-683 (2018).</li>
<li>Norton, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+condition+of+the+flexor+carpi+radialis+H-reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Archives+of+Physical+Medicine+and+Rehabilitation%22%5BJournal%5D)">Operant condition of the flexor carpi radialis H-reflex.</a> Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 101 (12), 145-146 (2020).</li>
<li>Crone, C., Johnsen, L. L., Hultborn, H., Orsnes, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amplitude+of+the+maximum+motor+response+%28Mmax%29+in+human+muscles+typically+decreases+during+the+course+of+an+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Amplitude of the maximum motor response (Mmax) in human muscles typically decreases during the course of an experiment.</a> Experimental Brain Research. 124 (2), 265-270 (1999).</li>
<li>Devetzoglou-Toliou, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recursive+PID+controller+for+automatically+adjusting+M-wave+size+during+H-reflex+operant+conditioning%5BTitle%5D)+AND+%22International+IEEE%2FEMBS+Conference+on+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Recursive PID controller for automatically adjusting M-wave size during H-reflex operant conditioning.</a> International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering. 10, 1079-1082 (2021).</li>
<li>Wolpaw, J. R., Seegal, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diurnal+rhythm+in+the+spinal+stretch+reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Diurnal rhythm in the spinal stretch reflex.</a> Brain Research. 244 (2), 365-369 (1982).</li>
<li>Chen, X. Y., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Circadian+rhythm+in+rat+H-reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Circadian rhythm in rat H-reflex.</a> Brain Research. 648 (1), 167-170 (1994).</li>
<li>Carp, J. S., Tennissen, A. M., Chen, X. Y., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diurnal+H-reflex+variation+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Diurnal H-reflex variation in mice.</a> Experimental Brain Research. 168 (4), 517-528 (2006).</li>
<li>Lagerquist, O., Zehr, E. P., Baldwin, E. R., Klakowicz, P. M., Collins, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diurnal+changes+in+the+amplitude+of+the+Hoffmann+reflex+in+the+human+soleus+but+not+in+the+flexor+carpi+radialis+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Diurnal changes in the amplitude of the Hoffmann reflex in the human soleus but not in the flexor carpi radialis muscle.</a> Experimental Brain Research. 170, 1-6 (2006).</li>
<li>Thompson, A. K., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+spinal+reflexes%3A+From+basic+science+to+clinical+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Integrative+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of spinal reflexes: From basic science to clinical therapy.</a> Frontiers in Integrative Neuroscience. 8, 25(2014).</li>
<li>Segal, R. L., Wolf, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+spinal+stretch+reflexes+in+patients+with+spinal+cord+injuries%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Neurology%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of spinal stretch reflexes in patients with spinal cord injuries.</a> Experimental Neurology. 130 (2), 202-213 (1994).</li>
<li>Wolf, S. L., Segal, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reducing+human+biceps+brachii+spinal+stretch+reflex+magnitude%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Reducing human biceps brachii spinal stretch reflex magnitude.</a> Journal of Neurophysiology. 75 (4), 1637-1646 (1996).</li>
<li>Mrachacz-Kersting, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acquisition+of+a+simple+motor+skill%3A+Task-dependent+adaptation+and+long-term+changes+in+the+human+soleus+stretch+reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Acquisition of a simple motor skill: Task-dependent adaptation and long-term changes in the human soleus stretch reflex.</a> Journal of Neurophysiology. 122 (1), 435-446 (2019).</li>
<li>Thompson, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+the+motor-evoked+potential+and+locomotion+in+people+with+and+without+chronic+incomplete+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of the motor-evoked potential and locomotion in people with and without chronic incomplete spinal cord injury.</a> Journal of Neurophysiology. 121 (3), 853-866 (2019).</li>
<li>Thompson, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+sensorimotor+rhythm+modulation+on+the+human+flexor+carpi+radialis+H-reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Effects of sensorimotor rhythm modulation on the human flexor carpi radialis H-reflex.</a> Frontiers in Neuroscience. 12, 505(2018).</li>
</ol>

JRW i AKT są wynalazcami trzech patentów związanych z kondycjonowaniem H-reflex. Pozostali autorzy nie mają konkurencyjnych interesów finansowych ani konfliktów interesów, które mogliby zgłaszać.

Opisany powyżej protokół jest odpowiedni do zademonstrowania kondycjonowania w dół odruchu płaszczkowatego H u typowej osoby dorosłej bez zaburzeń neurologicznych. Dokładne wartości parametrów mogą się różnić w zależności od osoby, a w szczególności w funkcji upośledzenia. Podczas gdy krzywa rekrutacji uczestnika osiągnęłaM max przy stymulującym prądzie około 25 mA w filmie, inna osoba może wymagać 50 mA lub więcej, więc prąd zostanie zwiększony w większych krokach podczas pomiaru krzywej rekrutacji. Mogą również wymagać dłuższego czasu trwania impulsu. Trzecia osoba może być bardziej wrażliwa i wymagać mniejszych ustawień prądu. Protokół musi być również dostosowany do mięśnia, który jest kondycjonowany. Na przykład, gdy celuje się w mięsień zginacza nadgarstka promieniowego24,25, zwykle stosuje się niższe ustawienie prądu; tryb dobrowolnego skurczu powinien być stosowany w celu ustalenia skali dla limitów tła-EMG; Należy również zachować większą ostrożność zarówno podczas optymalizacji rozmieszczenia elektrod, jak i podczas optymalizacji postawy, która musi być następnie utrzymywana na stałym poziomie przez wszystkie próby.
Protokół jest wrażliwy na zmiany w zależności między ustawieniem prądu stymulatora a ilością prądu faktycznie dostarczanego do nerwu - mogą na to wpływać niewielkie różnice w postawie, nawodnieniu uczestnika i wysychaniu żelu elektrody adhezyjnej. W kondycjonowaniu H-refleks problem ten można złagodzić, wykorzystując rozmiar fali M jako wskaźnik efektywnej intensywności stymulacji. Odzwierciedla liczbę aksonów odprowadzających mięśnia płaszczkowatego motoneuronu wzbudzonych przez bodziec. Tak więc, jeśli rozmiar fali M jest utrzymywany na stałym poziomie, oznacza to, że liczba pierwotnych aksonów aferentnych wzbudzonych przez bodziec, tj. aksonów, które wywołują odruch H, jest również utrzymywana na stałym poziomie (patrz także Crone i wsp.26). W związku z tym ta fala M jest określana w oprogramowaniu jako odpowiedź referencyjna. Z tego powodu krok 4.5.12. wspomina, że należy zarejestrować docelowy rozmiar fali M. W rzeczywistości ważniejsze jest, aby utrzymać ten rozmiar odpowiedzi mniej więcej na stałym poziomie, niż aby prąd znamionowy był ściśle stały. Zakładka Sekwencja w oknie analizy umożliwia retrospektywną weryfikację stałości fali M w każdym przebiegu; w przypadku kondycjonowania mięśnia płaszczkowatego H-odruchu często wystarcza to do skorygowania wszelkich problemów. Aby uzyskać większą kontrolę, do komputera można podłączyć drugi monitor, aby wyświetlać analizę fal M w czasie rzeczywistym, które kierują ręczną regulacją próba po próbie. Automatyzacja tego zadania kontrolnego jest projektemw toku 27.
Zmienność dobowa może również wpływać na reakcje elektrofizjologiczne danej osoby 28,29,30,31. Z tego powodu zaleca się, aby wszystkie sesje były wykonywane o tej samej porze dnia, tj. w tym samym 3-godzinnym oknie czasowym.
Powodzenie kondycjonowania instrumentalnego może być zależne od dokładności przedziału czasu wybranego przez operatora do zdefiniowania odruchu H; W szczególności interwał nie powinien być zbyt szeroki. Szczegółowe wskazówki dotyczące prawidłowego definiowania interwałów wykraczają poza zakres niniejszego artykułu. Jest to również funkcja, która zostanie zautomatyzowana w przyszłych wersjach oprogramowania.
Krytycznym krokiem w protokole jest krok 4.5.6., w którym operator ręcznie zwiększa prąd stymulatora wielokrotnie po każdej ustalonej liczbie prób. Błędne liczenie prób w tym miejscu lub niewłaściwe ustawienie bieżącej tarczy może prowadzić do zniekształcenia wynikowej krzywej rekrutacji. Tę możliwość błędu użytkownika można złagodzić, włączając opcję Digitimer Link, która umożliwia automatyzację regulacji prądu dla jednego konkretnego modelu stymulatora.
W tym artykule skupiono się na kondycjonowaniu H-odruchowym, ponieważ jest to najpełniej rozwinięte z potencjalnych zastosowań klinicznych EPOCS. Istniejące oprogramowanie pomaga naukowcom w nieustannych wysiłkach zmierzających do udoskonalenia tego protokołu w kierunku szerokiego rozpowszechnienia klinicznego32. Poza warunkowaniem H-odruchowym, EPOCS może być również stosowany w swojej obecnej formie do szerszej gamy metod stymulacji i wywołanych reakcji. Na przykład, może równie dobrze uruchomić urządzenie mechaniczne, które wywołuje odruch rozciągania, który również może być uwarunkowany 33,34,35. Podejście to można dostosować do indywidualnych upośledzeń; u jednej osoby kondycjonowanie w dół odruchu płaszczkowatego H poprawia lokomocję poprzez zmniejszenie hiperrefleksji spastycznej14; w innym, kondycjonowanie w górę piszczela przednia MEP poprawia lokomocję, łagodząc opadanie stopy36.
Podczas gdy trwają prace nad komercyjną implementacją protokołu, oryginalne oprogramowanie będzie utrzymywane równolegle jako narzędzie badawcze, aby zapewnić niezbędną elastyczność do rozszerzenia dziedziny celowanej neuroplastyczności. Ta elastyczność jest możliwa dzięki modułowości i rozszerzalności szeroko rozpowszechnionej i ugruntowanej platformy oprogramowania BCI2000, na której opiera się EPOCS. Oznacza to, że przy minimalnej interwencji inżyniera oprogramowania system można ponownie skonfigurować do jeszcze szerszego zakresu celów badawczych. Na przykład można go skonfigurować tak, aby rejestrował dodatkowe kanały biosygnałowe lub dodatkowe czujniki do późniejszej analizy (np. przełączniki nożne i czujniki śledzenia ruchu) w celu kondycjonowania podczas poruszania się. Można go również zaprogramować tak, aby uwzględniał dodatkowe kryteria wyzwalania stymulacji (np. wyzwalanie stymulacji tylko w określonej części cyklu chodu) lub wyzwalał dodatkowe bodźce wzmacniające w przypadku udanych lub nieudanych prób. Dostępne są przykładowe pliki dostosowywania.
Ukierunkowana neuroplastyczność jest wciąż w powijakach. Oczekuje się, że jego niezbadane jeszcze możliwości przyniosą ogromne korzyści zarówno w opracowywaniu nowych podejść terapeutycznych (jak omówiono powyżej), jak i w wyjaśnianiu naturalnej historii choroby i mechanizmów funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego zarówno w zdrowiu, jak i chorobie 2,32,37. W związku z tym jesteśmy zaangażowani w utrzymanie i wspieranie EPOCS jako kluczowego narzędzia do realizacji tego potencjału terapeutycznego i naukowego.

W ciągu ostatniej dekady ukierunkowane strategie neuroplastyczności wyłoniły się jako nowe podejście do rehabilitacji zaburzeń neurologicznych1,2. Jedną z takich strategii jest warunkowanie instrumentalne potencjału wywołanego. Polega ono na wielokrotnym wywoływaniu odpowiedzi elektrofizjologicznych, które można zmierzyć nieinwazyjnie – na przykład za pomocą elektroencefalografii (EEG) lub powierzchniowej elektromiografii (EMG) – i przekazywaniu osobie natychmiastowej informacji zwrotnej o wielkości każdej odpowiedzi w stosunku do poziomu krytycznego ustalonego przez terapeutę lub badacza. Z czasem protokół ten uczy osobę zwiększania lub zmniejszania odpowiedzi i może w konsekwencji ukierunkować korzystną zmianę w obszarze ośrodkowego układu nerwowego, który jest istotny dla danej czynności, takiej jak lokomocja czy sięganie i chwytanie. Ukierunkowana zmiana poprawia sprawność, a dodatkowo umożliwia lepszy trening, co prowadzi do rozległych korzystnych zmian poprawiających całą czynność. Na przykład u osób z niepełnym uszkodzeniem rdzenia kręgowego (iSCI), u których klonus upośledza lokomocję, warunkowanie instrumentalne redukujące odruch Hoffmanna w mięśniu płaszczkowatym jednej nogi poprawia aktywność mięśni lokomotorycznych w obu nogach, zwiększając tym samym prędkość chodu i przywracając symetrię kroków prawych i lewych1,3,4,5. Innym przykładem jest stymulacja podwójnym impulsem, która może trwale zwiększyć wielkość potencjału wywołanego ruchowo (MEP) w odpowiedzi na przezczaszkową stymulację magnetyczną, poprawiając tym samym funkcję sięgania i chwytania u osób z przewlekłym upośledzeniem funkcji ręki i ramienia po iSCI6.
Wdrażanie takich protokołów wymaga specjalistycznego oprogramowania, które musi pełnić wiele funkcji. W szczególności musi ono nieprzerwanie pozyskiwać, przetwarzać i zapisywać sygnały elektrofizjologiczne; musi stale monitorować stan układu nerwowego i odpowiednio wyzwalać stymulację przy zachowaniu rygorystycznych ograniczeń czasu rzeczywistego; musi zapewniać ciągłą informację zwrotną w każdym momencie, po każdej próbie oraz po każdej sesji; musi oferować interfejs użytkownika prowadzący badacza lub terapeutę przez proces konfiguracji i strojenia; i w końcu musi przechowywać oraz organizować dane sygnałowe i metainformacje w ustandaryzowanym formacie.
System warunkowania instrumentalnego potencjałów wywołanych (EPOCS) jest naszą odpowiedzią na tę palącą potrzebę. W warstwie technicznej oprogramowanie opiera się na BCI2000, platformie neurotechnologicznej o otwartym kodzie źródłowym, która jest wykorzystywana w setkach laboratoriów na całym świecie7,8. W systemie EPOCS standardowy interfejs użytkownika BCI2000 został ukryty i zastąpiony uproszczonym interfejsem, zoptymalizowanym pod kątem protokołów warunkowania instrumentalnego potencjałów wywołanych.
Niniejszy artykuł wraz z towarzyszącym mu filmem ilustrują zastosowanie EPOCS w jednym konkretnym protokole: warunkowaniu instrumentalnym w celu zmniejszenia amplitudy odruchu Hoffmanna (H-) w mięśniu płaszczkowatym. Odpowiedź ta jest elektrycznie wywołanym analogiem odruchu rozciągnięcia w kolanie. Wykazano, że wygaszanie odruchu H zmniejsza wpływ klonusa na lokomocję i w ten sposób ją poprawia u zwierząt z iSCI9,10,11,12,13 oraz u ludzi z iSCI, stwardnieniem rozsianym lub po udarze5,14,15. Metodę tę można stosować bez niepożądanych skutków ubocznych u zwierząt i ludzi, zarówno z obrażeniami neurologicznymi, jak i bez nich16,17.
Protokół warunkowania instrumentalnego polega na przeprowadzeniu wielu prób, z których każda trwa kilka sekund. Sekwencja zdarzeń w jednej próbie została przedstawiona schematycznie na Rysunku 1, gdzie liczby oznaczają następujące funkcje:
1. Ciągłe tło EMG jest rejestrowane z bipolarnych elektrod powierzchniowych umieszczonych nad mięśniem docelowym (płaszczkowatym) oraz jego antagonistą (mięśniem piszczelowym przednim). Poziom tła jest oceniany jako średnia wartość prostowana sygnału przefiltrowanego filtrem górnoprzepustowym w przesuwnym oknie.
2. Poziom EMG w spoczynku w docelowym mięśniu jest przedstawiony jako wysokość słupka, który jest stale aktualizowany na ekranie uczestnika. Pomaga to uczestnikowi utrzymać aktywność w określonym zakresie (obszar kreskowany).
3. Oprogramowanie określa odpowiedni moment na stymulację elektryczną i odpowiednio uruchamia stymulator. Głównymi kryteriami są: upływ co najmniej 5 s od poprzedniej stymulacji oraz utrzymywanie się poziomu tła EMG w określonym zakresie przez ciągłe 2 s.
4. Stymulator prądu stałego dostarcza impuls elektryczny przezskórnie do nerwu piszczelowego (zazwyczaj jednofazowy, o czasie trwania 1 ms).
5. Rejestrowana jest wynikająca z tego odpowiedź zsynchronizowana ze bodźcem. Oprogramowanie oblicza wielkości dwóch szczególnie istotnych komponentów: wcześniejszej fali M, odzwierciedlającej aktywację mięśni wynikającą z bezpośredniej stymulacji aksonu ruchowego, oraz późniejszego odruchu H, odzwierciedlającego sygnał przekazany przez łuk odruczowy w rdzeniu kręgowym18,19,20,21,22. EPOCS określa je odpowiednio jako odpowiedź referencyjną (reference response) i odpowiedź docelową (target response).
6. Wielkość odruchu H dla bieżącej próby jest wyświetlana jako wysokość drugiego słupka w odniesieniu do pożądanego poziomu kryterialnego, który definiuje sukces lub niepowodzenie próby. W przypadku kondycjonowania w dół, słupek jest ciemnozielony, jeśli wielkość odruchu H spadła poniżej kryterium, lub jaskrawoczerwony, jeśli tak się nie stało (odwrotnie w przypadku kondycjonowania w górę). Jednocześnie aktualizowany jest numeryczny wyświetlacz skumulowanego wskaźnika sukcesu. Razem te graficzne elementy wyświetlania zapewniają natychmiastowe wzmocnienie pozytywne lub negatywne, na którym opiera się kondycjonowanie instrumentalne23.
<img alt="Warunkowanie instrumentalne potencjałów wywołanych, schemat wielkości odruchu EMG, układ eksperymentalny elektrofizjologiczny." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63736/63736fig01.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Schematyczna ilustracja podstawowej funkcjonalności EPOCS podczas warunkowania obniżającego odruch H mięśnia soleus. Uczestnik obserwuje duży ekran monitora, który wyświetla tło poziomu EMG, wielkość ostatniego odruchu H, liczbę prób wykonanych do tej pory w bieżącej serii 75 prób oraz bieżącą proporcję udanych prób w serii. Sekwencja zdarzeń w jednej próbie jest oznaczona numerami 1-6, zgodnie z opisem w części Wstęp. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63736/63736fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
Protokół warunkowania odruchu H u ludzi zazwyczaj składa się z 6 sesji bazowych, po których następuje 24-30 sesji warunkujących rozłożonych na 10 tygodni w tempie 3 sesji/tydzień, oraz kilku sesji kontrolnych w ciągu kolejnych 3-6 miesięcy14,16. Każda sesja trwa 60-90 min.
Aby obsługiwać niniejszy protokół, jak i inne powiązane procedury, system EPOCS posiada pięć odrębnych trybów pracy, z których każdy jest dostępny w jednej z kart głównego okna, zatytułowanych: Stimulus Test, Voluntary Contraction, Recruitment Curve, Control Trials oraz Training Trials.
W trybie Testu Stymulacji (Stimulus Test) oprogramowanie wyzwala bodziec co kilka sekund, niekoniecznie zależnie od stanu mięśnia docelowego. Sygnały odpowiedzi są wyświetlane na ekranie po każdym bodźcu. Pozwala to operatorowi na zweryfikowanie jakości połączeń elektrod oraz sygnału EMG, optymalizację położenia elektrod stymulujących i rejestrujących, a także określenie morfologii odpowiedzi danej osoby.
W trybie skurczu dobrowolnego (Voluntary Contraction) oprogramowanie mierzy i wyświetla poziom tła EMG, podczas gdy uczestnik jest zachęcany do jak najsilniejszego skurczu mięśnia, bez zastosowania stymulacji elektrycznej. W niektórych protokołach poziom EMG podczas maksymalnego skurczu dobrowolnego (MVC) stanowi przydatny punkt odniesienia do ustalenia kryteriów tła EMG. W protokole zaprezentowanym w niniejszym materiale nie jest to konieczne, ponieważ stabilna postawa stojąca w wystarczającym stopniu standaryzuje aktywność mięśnia płaszczkowatego.
W trybie krzywej rekrutacji stymulacja jest uzależniona od utrzymania poziomu tła EMG (wyświetlanego w sposób ciągły na ekranie) w odpowiednim zakresie; sygnały odpowiedzi są wyświetlane na ekranie po każdym bodźcu, a sekwencja odpowiedzi może zostać przeanalizowana po zakończeniu serii pomiarowej. Pozwala to operatorowi na wyznaczenie początku i końca przedziałów czasowych, w których pojawiają się interesujące odpowiedzi; określenie zależności między intensywnością stymulacji a wielkością odpowiedzi, zarówno przed, jak i po seriach warunkujących, oraz ustalenie intensywności stymulacji, która zostanie zastosowana podczas warunkowania.
W trybie Prób Kontrolnych stymulacja jest uzależniona od poziomu tła EMG (wyświetlanego w sposób ciągły na ekranie), jednak nie podaje się informacji zwrotnej o docelowej wielkości odpowiedzi. Możliwa jest analiza sekwencji i rozkładu wielkości odpowiedzi. Tryb ten może być wykorzystywany do gromadzenia pomiarów bazowych wielkości odpowiedzi lub jako warunek kontrolny do porównania z warunkowaniem operacyjnym w eksperymentalnym schemacie badań typu crossover lub międzyosobniczego. Może on służyć jako podstawa do ustalenia kryterium wydajności dla warunkowania operacyjnego na początku każdej sesji.
Wreszcie, w trybie Prób Treningowych, stymulacja jest uzależniona od poziomu tła EMG (wyświetlanego stale na ekranie), a wzmocnienie w każdej próbie jest zapewnione poprzez wyświetlanie docelowej wielkości odpowiedzi, jak opisano powyżej i pokazano na Rysunku 1. Jest to tryb, w którym przeprowadza się warunkowanie instrumentalne.
Kolejna sekcja przeprowadzi czytelnika przez pięć trybów, demonstrując protokół obniżania odruchu H mięśnia soleus u dorosłego uczestnika bez urazów neurologicznych.

<table><tbody><tr><td>Waciki nasączone alkoholem</td><td>dowolne</td><td></td><td>Do aplikacji na skórę</td></tr><tr><td>BNC (długi) x 1</td><td>dowolny</td><td></td><td>Męski BNC do męskiego BNC, wystarczająco długi, aby sięgać od digitizera do stymulatora</td></tr><tr><td>BNC (średni) x 2</td><td>dowolne</td><td></td><td>Męskie BNC do męskiego BNC, wystarczająco długie, aby sięgać od wzmacniacza do digitizera</td></tr><tr><td>BNC (krótki) x 1</td><td>dowolny</td><td></td><td>Męski BNC na męski BNC, krótki (do łatania między dwoma portami digitizera)</td></tr><tr><td>Trójnik BNC</td><td>dowolny</td><td></td><td>rozdzielacz BNC żeńsko-męsko-żeński</td></tr><tr><td>Komputer</td><td>Lenovo</td><td>ThinkStation P340</td><td>Odpowiednia jest szeroka gama sprzętu komputerowego, zwłaszcza w przypadku korzystania z digitizera USB (nie są potrzebne gniazda PCI).&nbsp; Musi być uruchomiony system Windows 7+. Dołącz standardową klawiaturę i mysz.</td></tr><tr><td>Stymulator stałoprądowy</td><td>Digitimer Sp. z o.o.</td><td>DS8R</td><td>DS8R obsługuje automatyzację EPOCS. W przypadku sterowania ręcznego,&nbsp; inne stymulatory stałoprądowe mogą być stosowane, pod warunkiem, że posiadają zewnętrzny wyzwalacz TTL i mogą osiągać czas trwania impulsu 1&nbsp; ms lub więcej.</td></tr><tr><td>Digitizer (opcja A)</td><td>National Instruments</td><td>USB-6212</td><td>Digitizer USB ze zintegrowanymi złączami BNC.</td></tr><tr><td>Digitizer (opcja B)</td><td>National Instruments</td><td>PCIe-6321</td><td>Digitizer PCIe&mdash; wymaga komputera stacjonarnego z wolnym gniazdem PCI, a także i listwy zaciskowej BNC (poniżej)</td></tr><tr><td>digitizera (tylko dla opcji B)</td><td>National Instruments</td><td>SHC68-68-EPM</td><td>Łączy digitizer PCIe z listwą zaciskową BNC</td></tr><tr><td>Listwa zaciskowa digitizera (tylko dla opcji B)</td><td>National Instruments</td><td>BNC-2090A</td><td>19-calowa listwa zaciskowa BNC do montażu w szafie</td></tr><tr><td>System wzmacniacza EMG</td><td>Bortec Biomedical Ltd.</td><td>AMT-8</td><td>Wzmacniacz analogowy + jednostka przenośna + długi transmisyjny + akumulator + dwa przewody elektrod aktywnych o zysku 500 (1 bipolarny, 1 bipolarny z masą)</td></tr> <tr><td>Monitoruj</td><td>dowolny</td><td></td><td>wystarczająco duży, aby uczestnik mógł wyraźnie widzieć z zamierzonej odległości oglądania.</td></tr><tr><td>Elektrody NeuroPlus (22&nbsp; x&nbsp; 22&nbsp; mm) x 6</td><td>Vermont Medical Inc.</td><td>A10040-60</td><td>Jednorazowe samoprzylepne srebro/chlorek srebra 22&nbsp; x&nbsp; 22&nbsp; mm&nbsp; elektrody powierzchniowe EMG. 6 potrzebnych na sesję (11 na pierwszej sesji uczestnika)</td></tr><tr><td>Elektroda NeuroPlus (22&nbsp; x&nbsp; 35&nbsp; mm) x 1</td><td>Vermont Medical Inc.</td><td>A10041-60</td><td>Jednorazowa samoprzylepna elektroda EMG ze srebra/chlorku srebra 22 x 35 mm. Potrzebna 1 na sesję.</td></tr><tr><td>Przewód zatrzaskowy x 2</td><td>dowolne</td><td>EDR1220</td><td>Przewody do elektrod stymulujących: 1,5 mm DIN do zatrzasku przycisku</td></tr><tr><td>Przewód</td><td>dowolny</td><td></td><td>8&ndash; Długość jednożyłowego izolowanego drutu o długości 10 cm</td></tr></tbody></table>

wywołany potencjalny system warunkowania instrumentalnego (epocs): narzędzie badawcze i nowa terapia przewlekłych zaburzeń nerwowo-mięśniowych

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

Wywołany Potencjalny System Warunkowania Instrumentalnego (EPOCS) to narzędzie programowe, które implementuje protokoły do instrumentalnego warunkowania reakcji mięśniowych wywołanych bodźcem u osób z zaburzeniami nerwowo-mięśniowymi, co z kolei może poprawić funkcje sensomotoryczne, jeśli jest odpowiednio stosowane. EPOCS monitoruje stan określonych mięśni docelowych—np. z elektromiografii powierzchniowej (EMG) podczas stania lub z pomiarów cyklu chodu podczas chodzenia na bieżni—i automatycznie uruchamia skalibrowaną stymulację, gdy spełnione są wcześniej zdefiniowane warunki. Zapewnia dwie formy informacji zwrotnej, które umożliwiają osobie nauczenie się modulowania pobudliwości docelowej ścieżki. Po pierwsze, w sposób ciągły monitoruje bieżącą aktywność EMG w mięśniu docelowym, prowadząc osobę do wytworzenia stałego poziomu aktywności odpowiedniego do kondycjonowania. Po drugie, zapewnia natychmiastową informację zwrotną o wielkości odpowiedzi po każdej stymulacji i wskazuje, czy osiągnęła ona wartość docelową.
Aby zilustrować jego zastosowanie, ten artykuł opisuje protokół, dzięki któremu osoba może nauczyć się zmniejszać rozmiar odruchu Hoffmanna-elektrycznie wywoływany odpowiednik odruchu rozciągania kręgosłupa—w mięśniu płaszczkowatym. Zmniejszenie pobudliwości tej ścieżki może poprawić chodzenie u osób ze spastycznym chodem z powodu niepełnego urazu rdzenia kręgowego. W artykule pokazano, jak skonfigurować sprzęt; jak umieścić elektrody stymulujące i rejestrujące; oraz jak korzystać z darmowego oprogramowania do optymalizacji rozmieszczenia elektrod, pomiaru krzywej rekrutacji bezpośrednich reakcji motorycznych i odruchowych, pomiaru odpowiedzi bez warunkowania instrumentalnego, warunkowania odruchu i analizy uzyskanych danych. Ilustruje, jak odruch zmienia się w ciągu wielu sesji i jak poprawia się chodzenie. Omówiono również, w jaki sposób system może być stosowany do innych rodzajów reakcji wywołanych i do innych rodzajów stymulacji, np. motorycznych potencjałów wywołanych do przezczaszkowej stymulacji magnetycznej; w jaki sposób może rozwiązać różne problemy kliniczne; i w jaki sposób może wspierać badania naukowe nad funkcjami sensomotorycznymi w zdrowiu i chorobie.

Rysunek 2 przedstawia skuteczność powyższego protokołu w pomiarze krzywych rekrutacji fali M oraz odruchu H, a także w pomiarze rozkładu wielkości odruchu H przy stałym natężeniu stymulacji. Ilustruje on również ogólną skuteczność protokołu wielosesyjnego w zmianie wielkości odruchu H u osób bez zaburzeń neurologicznych oraz w poprawie funkcji lokomocyjnej u uczestników z niepełnym uszkodzeniem rdzenia kręgowego.
Rysunek 2A przedstawia zrzut ekranu okna analizy po serii wykonanej w trybie krzywej rekrutacji (Recruitment Curve) podczas warunkowania operacyjnego odruchu H (patrz krok protokołu 4.5.). W dolnej połowie okna (panel Sekwencja), oś pozioma pokazuje numer próby — w związku z czym intensywność bodźca wzrasta od lewej do prawej strony. Wielkość odruchu H (zielone kółka) rośnie, a następnie spada w zależności od intensywności bodźca, podczas gdy wielkość fali M (brązowe trójkąty) rośnie, a następnie osiąga poziom nasycenia. Rysunek 2B przedstawia zrzut ekranu okna analizy po serii wykonanej w trybie prób kontrolnych (Control Trials) lub prób treningowych (Training Trials) podczas warunkowania operacyjnego odruchu H (patrz krok protokołu 4.6. i krok 4.7.). W dolnym panelu (panel „Rozkład”) histogram wielkości odruchu H ułatwia wybór odpowiedniego poziomu kryterium dla następnego warunkowania w górę lub w dół. Na Rysunku 2C wielkość odruchu H u uczestników bez zaburzeń neurologicznych przedstawiono jako funkcję numeru sesji w ciągu 6 sesji bazowych, 24 sesji warunkowania i 4 sesji obserwacyjnych. Dane zebrano od 15 uczestników (8 mężczyzn, 7 kobiet), z których 2 brali udział zarówno w ramieniu warunkowania w górę, jak i w dół. Wiek uczestników wynosił od 21 do 55 lat. Wszyscy uczestnicy wyrazili świadomą zgodę. Protokół został zatwierdzony przez instytucjonalną komisję bioetyczną (IRB) Departamentu Zdrowia Stanu Nowy Jork (numer zatwierdzenia 05-058). Dalsze szczegóły podają Thompson i wsp.16. Rysunek 2D pokazuje korzystny efekt warunkowania w dół odruchu H mięśnia soleus u uczestników z przewlekłymi zaburzeniami kończyn dolnych po niepełnym uszkodzeniu rdzenia kręgowego. Skuteczne warunkowanie wiązało się z poprawą symetrii chodu i prędkości chodzenia w stosunku do wartości bazowej. Dane zebrano od 13 uczestników (9 mężczyzn, 4 kobiety) w wieku od 28 do 68 lat, którzy wyrazili świadomą zgodę. Protokół został zatwierdzony przez IRB szpitala Helen Hayes (numer zatwierdzenia 07-07). Dalsze szczegóły podają Thompson i wsp.14.
<img alt="Modulacja odruchu H; wykresy; analiza statystyczna; porównanie prędkości chodzenia i symetrii odruchu." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63736/63736fig02.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2: Reprezentatywne wyniki. (A) Zrzut ekranu okna analizy krzywej rekrutacji. (B) Zrzut ekranu okna analizy prób kontrolnych lub prób treningowych. (C) Przeciwstawne efekty warunkowania zwiększającego i zmniejszającego odruch H mięśnia soleus u nieuszkodzonych uczestników. Czerwone trójkąty skierowane w górę pokazują średnią wielkość odruchu H u N = 6 uczestników z pomyślnym warunkowaniem zwiększającym (z 8); niebieskie trójkąty skierowane w dół pokazują średnie odpowiedzi u N = 8 uczestników z pomyślnym warunkowaniem zmniejszającym (z 9). Słupki błędów oznaczają błąd standardowy. Obraz ten został zmodyfikowany na podstawie pracy Thompson et al.16. (D) Efekt terapeutyczny warunkowania zmniejszającego odruch H mięśnia soleus w zakresie prędkości chodzenia i symetrii chodu u osób z przewlekłymi zaburzeniami po niepełnym uszkodzeniu rdzenia kręgowego. Słupki zestawiają wyniki dla N = 6 uczestników, u których pomyślnie zastosowano warunkowanie zmniejszające odruch H, z N = 4 uczestnikami z grupy kontrolnej (brak warunkowania operacyjnego) oraz N = 3 uczestnikami, u których protokół warunkowania zmniejszającego nie doprowadził do redukcji wielkości odruchu. Słupki błędów oznaczają błąd standardowy. Każda gwiazdka oznacza wartość p poniżej 0.05 w sparowanym teście t porównującym pomiary przed i po warunkowaniu. Obraz ten został zmodyfikowany na podstawie pracy Thompson et al.14. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63736/63736fig02large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

System Warunkowania Instrumentalnego Potencjału Wywołanego pomaga w badaniach naukowych nad funkcjami sensomotorycznymi i może prowadzić ukierunkowany trening neurobehawioralny, który może wpływać na rehabilitację sensomotoryczną w zaburzeniach nerwowo-mięśniowych. W artykule opisano jego możliwości i zilustrowano jego zastosowanie w modyfikacji prostego odruchu rdzeniowego w celu osiągnięcia trwałej poprawy funkcji motorycznych.

Wywołany potencjalny system warunkowania instrumentalnego (EPOCS): narzędzie badawcze i nowa terapia przewlekłych zaburzeń nerwowo-mięśniowych

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

Ten unikalny protokół ma na celu korzystną zmianę w kluczowych miejscach w układzie nerwowym. To uruchamia znacznie szerszą korzystną zmianę. Znacznie poprawia zachowanie, takie jak chodzenie, które zostało upośledzone przez uszkodzenie rdzenia kręgowego lub mózgu.Główną zaletą oprogramowania EPOCS jest to, że prowadzi ono eksperymentatora lub terapeutę przez złożoną serię proceduralnych kroków analitycznych, których wymaga protokół. Kondycjonowanie instrumentalne H-reflex może być w stanie poprawić odzyskiwanie lokomocji i innych ważnych zachowań u osób z uszkodzeniem rdzenia kręgowego, udarem, stwardnieniem rozsianym i innymi przewlekłymi zaburzeniami neurologicznymi. Protokół można rozszerzyć na odruchy H innych mięśni nóg lub ramion, na inne szlaki odruchowe, takie jak te odpowiedzialne za odruchy skórne oraz na ścieżki łączące mózg z rdzeniem kręgowym.Jeśli nigdy wcześniej nie wykonywałeś pomiarów H-refleksu, skontaktuj się z Narodowym Centrum Neuromodulacji Rehabilitacji, aby uzyskać podstawowe możliwości szkolenia praktycznego. Materiały instruktażowe są również dostępne na ich stronie internetowej. Na początek sprawdź, czy uczestnik jest wyposażony w elektrody stymulujące, bipolarne elektrody EMG na mięśniu płaszczkowatym i piszczelowym przednim w elektrodzie uziemiającej.Uruchom aplikację EPOCS, wprowadź identyfikator podmiotu i rozpocznij sesję. Poproś uczestnika, aby wstał w sposób naturalny. Włącz stymulator i ustaw intensywność stymulacji na minimalną wartość, a następnie naciśnij Start.Ostrzeż uczestnika, aby spodziewał się stymulacji i stopniowo zwiększaj intensywność do 10 miliamperów lub więcej, aż pojawi się wyraźny odruch H. Znajdź miejsce stymulujące, które wywołuje największy odruch H, przesuwając katodę o pełną szerokość elektrody przyśrodkowo, a następnie na boki, następnie o połowę szerokości elektrody przyśrodkowo i na boki, a na końcu o pełną szerokość elektrody w górę, a następnie w dół. Oznacz, zanotuj i sfotografuj położenie elektrod, aby pomóc w zmianie położenia.Przejdź do zakładki Krzywa rekrutacji. Przejdź do Ustawień, a następnie EMG i skonfiguruj zakresy dla poziomów aktywności tła celu i antagonisty, które pozwolą na stymulację. Ustaw czas zatrzymania tła na 2 sekundy, aby określić, jak długo uczestnik musi stale utrzymywać EMG w zasięgu, aby wyzwolić każdy bodziec, włączyć stymulator i ustawić intensywność na minimalną wartość, powiedzmy 5 miliamperów.Gdy uczestnik stoi, naciśnij przycisk Start. Zademonstruj uczestnikowi poziom tła EMG w mięśniu docelowym w czasie rzeczywistym. Aktywność obu mięśni musi mieścić się w wymaganych zakresach, aby zmienić odcień paska z jaskrawoczerwonego na ciemniejszy zielony i musi pozostać tam przez 2 sekundy, aby wywołać stymulację.Naciśnij przycisk Stop na końcu biegu treningowego. Gdy uczestnik stoi, naciśnij Start, aby zmierzyć krzywą rekrutacji. Jeśli odruch H jest już widoczny przy wybranej intensywności początkowej, stopniowo zmniejszaj prąd, aż odruch H przestanie być widoczny, a następnie kliknij Stop i ponownie Start, aby rozpocząć bieg.Sprawdź licznik Ukończone próby. Po każdych 4 próbach ręcznie zwiększ intensywność stymulacji o 2 miliampery i zanotuj intensywność. Kontynuuj, aż rozmiar fali M osiągnie plateau.Po zakończeniu naciśnij przycisk Stop i poproś uczestnika, aby usiadł i odpoczął. Powiąż wszelkie pisemne zapisy z numerami biegów wyświetlanymi w prawym górnym rogu okna. Po zakończeniu przebiegu otwórz kartę Dziennik i wprowadź ręcznie wszelkie istotne informacje.Naciśnij przycisk Analiza, aby otworzyć okno Analiza. W górnym panelu okna analizy zbadaj zablokowaną przez bodziec nakładkę sygnałów mięśni docelowych z każdej próby w poprzednim przebiegu. Dostosuj początek i koniec zielonego interwału docelowego i brązowego interwału odniesienia, a następnie kliknij przycisk Użyj zaznaczonych czasów, aby zapisać te ustawienia.W okienku Sekwencja w dolnej połowie okna analizy oceń wynikową krzywą rekrutacji. Dostosuj ustawienia, aby wyświetlić amplitudę międzyszczytową lub średnią wyprostowaną oraz połączyć wyniki z kolejnych prób. Określ próby do puli na 4 i zarejestruj wynikowe M-max i H-max.Jeśli jest to pierwsza sesja uczestnika, należy poszukać optymalnego miejsca zapisu EMG mięśni docelowych. Najpierw przesuń elektrody płaszczkowate przyśrodkowo o połowę szerokości elektrody, a następnie zbierz pełną krzywą rekrutacyjną i zapisz wynikowe M-max i H-max. Następnie przesuń elektrody płaszczkowate na tę samą odległość w bok od ich pierwotnego położenia i ponownie wykonaj pomiar krzywej rekrutacji.Oznacz, zanotuj i sfotografuj pozycję elektrody, która maksymalizuje H-max. Wybierz intensywność bodźca, która wywołuje odruch H bliski maksymalny, ale z widocznym załamkiem M. Najlepiej celować w rosnącą stronę krzywej.Wybierz wyższą intensywność bodźca tylko wtedy, gdy jest to konieczne, aby zapewnić rozróżnialną falę M, jak w tym przypadku. Ustaw tę wartość intensywności bodźca na stymulatorze i zanotuj tę oraz odpowiadający jej rozmiar fali M dla przyszłych sesji. Aby zmierzyć rozkład rozmiarów H-reflex bez udzielania informacji zwrotnej odpowiedzi, przejdź do zakładki Próby kontrolne.Gdy uczestnik stoi, naciśnij Start i poinstruuj uczestnika, aby utrzymywał wymagany poziom aktywności mięśni w tle. W przypadku sesji wyjściowej lub kontrolnej wykonaj 75 prób z rzędu, natomiast w przypadku sesji kondycjonującej wykonaj 20 prób. Po zakończeniu prób naciśnij przycisk Stop, aby zakończyć przebieg, a następnie naciśnij przycisk Analiza.Oceń nakładanie się przebiegów odpowiedzi próbnych w górnym panelu i, jeśli to konieczne, sekwencję rozmiarów odpowiedzi poniżej. Dystrybucja nowej karty jest domyślnie aktywowana na karcie Sekwencja. Kliknij pozycję Wyniki dziennika, aby dołączyć statystyki podsumowujące do dziennika sesji.W przypadku sesji podstawowej powtórz te kroki, co daje łącznie trzy serie po 75 prób każda i przejdź do pomiaru końcowej krzywej rekrutacji. W przypadku sesji kondycjonowania ustaw percentyl docelowy na 66. Wybierz odpowiednie kryterium kondycjonowania puchu, naciskając przycisk Down-Condition.Ta akcja zostanie automatycznie zarejestrowana, a okno Analiza zostanie zamknięte. Przejdź do zakładki Próby treningowe, a następnie naciśnij przycisk Start, gdy uczestnik stoi. Wyjaśnij uczestnikowi nowy pasek informacji zwrotnej na środku ekranu, pokazujący najnowszy rozmiar refleksu H w stosunku do zacienionego zakresu celu.Jeśli odpowiedź mieści się w zakresie docelowym, pasek będzie ciemnozielony, a próba zostanie policzona jako zakończona sukcesem. Jeśli wypadnie poza zakres, pasek będzie jaśniej czerwony, a próba zostanie policzona jako nieudana. Zmotywuj uczestnika do wykonania jak największej liczby udanych prób.Po 75 próbach naciśnij Stop, aby zakończyć przebieg, a następnie naciśnij przycisk Analiza i użyj zakładki Sekwencja, aby sprawdzić, czy fale M pozostały stałe w żądanym rozmiarze. Po wybraniu karty Dystrybucja użyj przycisku Warunek w dół, aby zaktualizować kryterium warunkowania instrumentalnego dla następnego uruchomienia. Powtórz tę procedurę dwukrotnie, z każdej po 75 prób.Na koniec sesji wykonaj kolejny pomiar krzywej rekrutacji. Analizę przeprowadzono po uruchomieniu w trybie krzywej rekrutacji podczas warunkowania instrumentalnego H-reflex. W okienku Sekwencja intensywność bodźca zwiększa się od lewej do prawej wraz z numerem próby.Rozmiar H-refleksu wzrasta, a następnie spada w funkcji intensywności bodźca, podczas gdy rozmiar fali M rośnie, a następnie nasyca się. Analizę przeprowadzono po przebiegu przeprowadzonym w trybie prób kontrolnych lub prób treningowych podczas warunkowania instrumentalnego H-reflex. Panel rozkładu pokazał histogram rozmiarów H-odruchu, który ułatwił wybór odpowiedniego poziomu kryterium dla późniejszego kondycjonowania w górę lub w dół.Wielkość odruchu H i nieupośledzeni neurologicznie uczestnicy, wykreśleni w funkcji numerów sesji, wykazywali kontrastujące efekty kondycjonowania w górę i w dół. Korzystny wpływ kondycjonowania mięśnia płaszczkowatego H-odruchem w dół zaobserwowano u uczestników z przewlekłym upośledzeniem kończyn dolnych po niepełnym uszkodzeniu rdzenia kręgowego. Skuteczne kondycjonowanie wiązało się z poprawą prędkości chodzenia i symetrii chodu w stosunku do wartości wyjściowej.Skuteczność tego protokołu zależy od motywacji i tego, jak bardzo podmiotowi zależy na informacji zwrotnej. Ważne jest, aby zachęcać osobę badaną do odniesienia sukcesu w każdej próbie najlepiej, jak potrafisz, wykorzystując informacje zwrotne dostarczane przez oprogramowanie. Oczywiście, jako terapeuta, możesz rozważyć dodanie odpowiednich ćwiczeń kontroli funkcjonalnej lub motorycznej w połączeniu z warunkowaniem instrumentalnym.Na przykład, aby uzyskać najlepsze wyniki, możesz poprosić pacjenta o wykonanie prostej praktyki chodzenia natychmiast po kondycjonowaniu odruchu H-reflex płaszczkowatego. Opracowanie EPOCS pozwoliło nam poszerzyć zakres zastosowań warunkowania instrumentalnego w leczeniu różnych drgań pacjentów i zaburzeń czuciowo-motorycznych oraz przyspieszyło nasze wysiłki na rzecz maksymalnego wykorzystania neuroplastyczności w celu rozszerzenia możliwości neurorehabilitacji.

the-evoked-potential-operant-conditioning-system-epocs-research-tool

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Źródło: Shirozu, K., et al. Odpowiedź źrenicowa jako ocena skutecznej indukcji napadów za pomocą terapii elektrowstrząsowej. J. Vis. Exp. (2019 rok)Ten film przedstawia procedurę przeprowadzania terapii elektrowstrząsowej u pacjenta, podkreślając proces stymulacji i oceniając aktywność napadu poprzez reakcję źrenic.

Przeprowadzanie terapii elektrowstrząsowej i ocena skuteczności napadów poprzez odpowiedź źrenicową

Źródło: Curado, M. et al., Nieinwazyjne montaże elektrycznej stymulacji mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka. J. Vis. Exp. (2016)Ten film pokazuje konfigurację i mechanizm przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) do modulacji funkcji motorycznych człowieka. Umieszczając anodę nad pierwszorzędową korą ruchową, a katodę nad przeciwległym obszarem nadoczodołowym, ukierunkowana stymulacja elektryczna zwiększa pobudliwość kory mózgowej, zwiększając aktywność neuronów ruchowych i...

Nieinwazyjna elektryczna stymulacja mózgu w celu modulowania aktywności ludzkich neuronów ruchowych

Celem jest przedstawienie nowej metody, stymulacji elektrycznej kontroli oddechu (BreEStim) do leczenia bólu neuropatycznego i spastyczności.

Stymulacja elektryczna sterowana oddychaniem (BreEStim) w leczeniu bólu neuropatycznego i spastyczności

Jednopulsowa przezczaszkowa stymulacja magnetyczna nad główną korą ruchową, neuronawigacja i rejestracja aktywności elektromiograficznej mięśni dłoni zostały wykorzystane w tym badaniu do zbadania pobudliwości korowo-rdzeniowej, podczas gdy uczestnicy obserwowali sekwencje działań.

Modulacja pobudliwości korowo-rdzeniowej podczas obserwacji działania

Kilkoro dzieci z jednostronnym porażeniem mózgowym zdaje się lekceważyć zachowaną zdolność chorej kończyny górnej. To rozwojowe lekceważenie jest szeroko opisane w literaturze, ale zaangażowane procesy poznawcze nie zostały zbadane. Aby zbadać czynniki poznawcze leżące u podstaw kontroli kończyn górnych, opracowano protokół potencjału związanego ze zdarzeniem.

Potencjały związane ze zdarzeniami podczas zadań odpowiedzi docelowej w celu badania procesów poznawczych używania kończyn górnych u dzieci z jednostronnym porażeniem mózgowym

Reakcje źrenic (odruch świetlny) zostały zmierzone w celu oceny odpowiedniej indukcji napadów za pomocą terapii elektrowstrząsowej przy użyciu automatycznego źrenicyomierza na podczerwień natychmiast po stymulacji elektrycznej. Obliczono współczynnik zwężenia i porównano go z jakością napadu.

Odpowiedź źrenicowa jako ocena skutecznej indukcji napadów za pomocą terapii elektrowstrząsowej

Prezentowany tutaj jest protokół produkcji wszczepialnego systemu do chronologicznego zapisu in vivo wywołanych i spontanicznych potencjałów elektromiograficznych. System jest stosowany do badania unerwienia mięśni krtani po uszkodzeniu nerwów.

Wszczepialny system do przewlekłej elektromiografii in vivo

Ten artykuł opisuje nowe podejścia do pomiaru i wzmacniania funkcjonalnie specyficznych ścieżek neuronowych za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. Te zaawansowane nieinwazyjne metodologie stymulacji mózgu mogą zapewnić nowe możliwości zrozumienia relacji między mózgiem a zachowaniem i opracowania nowych terapii w leczeniu zaburzeń mózgu.

Pomiar i manipulowanie funkcjonalnie specyficznymi ścieżkami neuronalnymi w układzie motorycznym człowieka za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Ten manuskrypt dostarcza innowacyjnej metody rozwoju biologicznego interfejsu nerwów obwodowych, zwanego Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI).  Ten konstrukt chirurgiczny może wzmacniać sygnały odprowadzające motoryczne nerwu obwodowego, aby ułatwić dokładne wykrywanie intencji motorycznej i potencjalną kontrolę urządzeń egzoszkieletowych.

Regeneracyjny interfejs nerwów obwodowych mankietu mięśniowego do wzmacniania nienaruszonych sygnałów nerwów obwodowych

Ten protokół ma na celu zbadanie podstawowych zmian elektrofizjologicznych związanych z uczeniem się u osób z głęboką głuchotą po krótkim okresie szkolenia w zakresie audio-dotykowej substytucji sensorycznej poprzez zastosowanie techniki potencjału związanego ze zdarzeniem.

Ocena treningu audio-dotykowej substytucji sensorycznej u uczestników z głęboką głuchotą z wykorzystaniem techniki potencjału związanego ze zdarzeniem

Dzieci ze spastycznym porażeniem mózgowym (SCP) mają spastyczność kończyn, zaburzenia ruchowe i nieprawidłową postawę z powodu uszkodzenia obszaru motorycznego kory mózgowej, co skutkuje niezdolnością do normalnego stania i chodzenia. Dlatego złagodzenie spastyczności kończyn i poprawa funkcji motorycznych u dzieci z SCP stały się ważnymi celami terapeutycznymi.

Powtarzana przezczaszkowa stymulacja magnetyczna połączona z treningiem obserwacji działania u dzieci ze spatycznym porażeniem mózgowym

Poznaj system EPOCS do warunkowania odruchów H w celu neurorehabilitacji po urazach rdzenia kręgowego i udarach. Ta metoda poprawia chód i funkcje motoryczne poprzez neuroplastyczność.

Wywołany potencjalny system warunkowania instrumentalnego (EPOCS): narzędzie badawcze i nowa terapia przewlekłych zaburzeń nerwowo-mięśniowych (Wideo) | JoVE Journal

Wywołany potencjalny system warunkowania instrumentalnego (EPOCS): narzędzie badawcze i nowa terapia przewlekłych zaburzeń nerwowo-mięśniowych

Przeglądaj więcej filmów