Summary

Kombinert bruk av Transkraniell direkte gjeldende stimulering og Robotic terapi for den øvre lem

Published: September 23, 2018
doi:

Summary

Kombinert bruk av Transkraniell likestrøm stimulering og robotic terapi som et tillegg til konvensjonelle rehabilitering terapi kan resultere i bedre terapeutiske utfall på grunn av modulering av hjernens plastisitet. I denne artikkelen beskriver vi de kombinerte metodene brukes i vårt Institutt for motor ytelsen etter hjerneslag.

Abstract

Nevrologiske lidelser som slag og cerebral parese er viktigste årsakene til langsiktig funksjonshemming og kan føre til alvorlige svakheter og begrensning av daglige aktiviteter grunn nedre og øvre lem impairments. Intensive fysiske og ergoterapi er fortsatt anses viktigste behandlinger, men nye Tilleggsbehandling behandlingsformer til standard rehabilitering som kan optimalisere funksjonelle resultater blir undersøkt.

Transkraniell likestrøm stimulering (tDCS) er en noninvasive hjernen stimulering teknikk som polarizes underliggende områder av hjernen gjennom anvendelse av svake direkte strømmer gjennom elektroder i hodebunnen, modulerende kortikale excitability. Økt interesse i denne teknikken kan tilskrives sin lave kostnader, brukervennlighet, og effekter på menneskelig nevrale plastisitet. Nyere forskning har utført kliniske potensialet av tDCS i ulike tilstander som depresjon, Parkinsons sykdom og motor rehabilitering etter hjerneslag. tDCS bidrar til å øke hjernens plastisitet og synes å være en lovende teknikk i rehabiliteringsprogrammer.

Et antall robotsveising enheter er utviklet for å bistå i rehabiliteringen av øvre lem funksjon etter hjerneslag. Rehabilitering av motor underskudd er ofte en lang prosess som krever tverrfaglige tilnærminger for en pasient å oppnå maksimal uavhengighet. Disse enhetene skal ikke erstatte manuell rehabilitering; i stedet var de utformet som en ekstra verktøy å rehabiliteringsprogrammer, slik at umiddelbar oppfatning av resultater og spore forbedringer, dermed hjelpe pasienter å bli motivert.

Både tDSC og robot-hjalp Terapi er lovende tillegg til slag rehabilitering og målrette modulering av hjernens plastisitet, med flere rapporter som beskriver bruken knyttes konvensjonell terapi og forbedring av terapeutiske resultater. Men nylig, har noen kliniske forsøk blitt utviklet som beskriver tilknyttet bruken av tDCS og robot-hjalp Terapi i slag rehabilitering. I denne artikkelen beskriver vi de kombinerte metodene brukes i vårt Institutt for motor ytelsen etter hjerneslag.

Introduction

Nevrologiske lidelser som slag, cerebral parese og traumatisk hjerneskade er viktigste årsakene til langsiktig funksjonshemming, lesjoner og påfølgende nevrologiske symptomer som kan føre til alvorlige svakheter og begrensning av daglige aktiviteter1. Bevegelsesforstyrrelser redusere pasientens livskvalitet. Motor utvinning er fundamentalt drevet av neuroplasticity, grunnleggende mekanismen underliggende reacquisition av motoriske ferdigheter tapt på grunn av hjernen lesjoner2,3. Dermed er rehabilitering terapi sterkt basert på høy dose intensiv trening og intens repetisjon av bevegelser å gjenopprette styrke og bevegelse. Disse gjentatte aktiviteter er basert på daglige liv bevegelser, og pasienter kan bli mindre motivert motor saktebevegende og repeterende oppgaver, som kan svekke suksessen til neurorehabilitation4. Intensive fysiske og ergoterapi er fortsatt anses viktigste behandlinger, men nyere tilleggsbehandling behandling til standard rehabilitering blir undersøkt for å optimalisere funksjonelle resultater1.

Bruk av robot-hjalp terapi har vist seg å ha stor verdi i slag rehabilitering, påvirke prosesser neuronal synaptiske plastisitet og omorganisering. De har blitt undersøkt for opplæring av pasienter med skadet nevrologiske funksjoner og hjelpe personer med funksjonshemninger5. En av de viktigste fordelene med å robot-teknologi rehabilitive intervensjoner er dens evne til å levere høy intensitet og høy dosering trening, som ellers ville være en svært arbeidskrevende prosess6. Bruk av robot terapier, sammen med virtuell virkelighet dataprogrammer, gir en umiddelbar oppfatning og evaluering av motor utvinning og kan endre repeterende handlinger til meningsfull, interaktive funksjonelle oppgaver som rengjøring en stovetop7 . Dette kan heve pasientenes motivasjon og overholdelse av lang rehabiliteringsprosessen tillater, gjennom muligheten til å måle og kvantifisere bevegelser, sporing av deres fremgang5. Integrering av robot terapi i gjeldende praksis kan øke effekten og effektiviteten av rehabilitering og aktiverer utviklingen av romanen driftsmoduser øvelse8.

Terapeutisk rehabilitering roboter gi oppgave-spesifikke opplæring og kan deles inn i slutten effektor-innretninger og exoskeleton-type enheter9. Forskjellen mellom disse klassifikasjoner er relatert til hvordan bevegelse overføres fra enheten til pasienten. Slutten-effektor enheter har enklere strukturer, kontakter pasientens lem bare på sitt mest distale delen, gjør det vanskeligere å isolere bevegelse i en felles. Exoskeleton-baserte enheter har mer komplekse design med en mekanisk struktur som gjenspeiler den skjelettlidelser strukturen av lem, så en bevegelse av enhetens felles vil produsere den samme bevegelsen på pasientens lem7,9.

T-WREX er en exoskeleton-baserte robot som hjelper hele armbevegelser (skulder, albue, underarm, håndleddet og fingerbevegelser). Justerbar mekanisk arm gir variable beskyttelsesnivåer tyngdekraften støtte, slik at pasienter som har noen gjenværende øvre lem-funksjon for å oppnå en større aktive bevegelsesutslag i en tridimensional romlige terapi7,9. MIT-MANUS er en ende-effektor-type robot som fungerer i en enkelt plan (x- og y-aksen) og lar en todimensjonal tyngdekraft kompensert terapi, bistå skulder og albue bevegelser ved å flytte pasientens hånd i horisontalt eller vertikalt plan9 , 10. både roboter har innebygd posisjon sensorer som kan kvantifisere øvre ekstremitetene motorstyring og utvinning og et grensesnitt for datamaskinen integrering som lar 1) opplæring av meningsfull funksjonelle oppgaver simulert i et virtuelt læringsmiljø og 2) terapeutiske trening spill, som hjelpe praksisen med motor planlegging, øye-hånd koordinasjon, oppmerksomhet og visuelle feltet defekter eller forsømmer7,9. De også gi kompensasjon tyngdekraften effekter på den øvre lem og kan tilby kundestøtte repeterende og stereotype bevegelser i alvorlig nedsatt pasienter. Dette reduserer gradvis Hjelp emnet forbedrer og gjelder minimal hjelp eller motstand bevegelse for mildt svekket pasienter9,11.

En annen ny teknikk for neurorehabilitation er Transkraniell likestrøm stimulering (tDCS). tDCS er en ikke-invasiv hjernen stimulering teknikk som induserer kortikale excitability endringer ved hjelp av lav amplituden direkte strøm brukes via hodebunnen elektroder12,13. Avhengig av polariteten til gjeldende flyt, kan hjernen excitability økes ved anodal stimulering eller senkes med cathodal stimulering2.

Nylig har det vært økt interesse tDCS, som det har vist å ha gunstige effekter på en rekke sykdommer som slag, epilepsi, Parkinsons sykdom, Alzheimers sykdom, Fibromyalgi, psykiske lidelser som depresjon, affektive lidelser og schizofreni2. tDCS har noen fordeler, for eksempel relativt lav kostnad, brukervennlighet, sikkerhet, og sjeldne bivirkninger14. tDCS er også en smertefri metode og kan bli pålitelig blendet i kliniske forsøk, som den har en humbug modus13. tDCS trolig ikke optimal for funksjonelle utvinning av seg selv. Det er imidlertid viser økt løftet som en tilknyttet terapi i rehabilitering, som det forbedrer hjernen plastisitet15.

I denne protokollen viser vi kombinert robot-hjalp terapi (med to state-of-the-art roboter) og ikke-invasiv neuromodulation med tDCS for å forbedre rehabilitering resultater, i tillegg til konvensjonelle fysioterapi. De fleste studier som involverer robot terapi eller tDCS har brukt dem som isolert teknikker, og få har kombinert begge, som kan forsterke de positive effektene utover hver intervensjon alene. Disse mindre studier viste en mulig synergistisk effekt mellom de to prosedyrene, med økt motor utvinning og funksjonsevne8,15,16,17,18, 19. Derfor kan romanen multimodal terapi forbedre bevegelse utvinning utenfor gjeldende mulighetene.

Protocol

Denne protokollen følger retningslinjene i institusjonens menneskelige forskning etikk. 1. tDCS Kontraindikasjoner og spesielle hensynMerk: tDCS er en sikker teknikk som sender konstant og lav likestrøm gjennom elektrodene, inducing endringer i neuronal excitability av området blir stimulert. Før Enhetsinnstillinger, bekrefter du at pasienten ikke har noen kontraindikasjoner til tDCS, som uønskede reaksjoner på tidligere tDCS behandling, implantert …

Representative Results

Ikke-invasive hjernen stimulering med tDCS har nylig generert interesse på grunn av dens potensielle neuroplastic virkninger, relativt billig utstyr, brukervennlighet og noen bivirkninger22. Studier har vist at neuromodulation av tDCS har potensial til å modulere kortikale excitability og plastisitet, dermed fremme forbedringer i motor ytelse gjennom synaptiske plastisitet ved å stimulere den primære motorisk cortex4. Anodal stimulering …

Discussion

I denne protokollen beskriver vi en standard terapi protokoll for kombinert tDCS stimulering forbundet og robotic terapi, brukes som et supplement til konvensjonell rehabiliteringsprogrammer hos pasienter med armen impairments. Protokollen mål er å forbedre funksjon og mobilitet. Det er viktig å observere gradvis-on og gradvis-off av tDCS maskinen å unngå risiko for bivirkninger. tDCS er en sikker teknikk noen bivirkninger som er beskrevet i litteraturen2.

Protokol…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne vil gjerne takke Spaulding laboratorium for Neuromodulation og Instituto de Reabilitação Lucy Montoro for deres generøse støtte på dette prosjektet.

Materials

tDCS device Soterix Medical Soterix Medical 1×1
9V Battery (2x)
Two rubber head bands
Two conductive rubber electrodes
Two sponge electrodes
Cables
NaCl solution
Measurement tape
Armeo Spring Robot Hocoma
inMotion ARM Interactive Motion Technologies

References

  1. Miller, E. L., et al. Comprehensive overview of nursing and interdisciplinary rehabilitation care of the stroke patient: A scientific statement from the American Heart Association. Stroke. 41 (10), 2402-2448 (2010).
  2. Adeyemo, B. O., Simis, M., Macea, D. D., Fregni, F. Systematic review of parameters of stimulation, clinical trial design characteristics, and motor outcomes in noninvasive brain stimulation in stroke. Front Psychiatry. 3 (8), 1-27 (2012).
  3. Johansson, B. B. Current trends in stroke rehabilitation. A review with focus on brain plasticity. Acta Neurologica Scandinavica. 123 (3), 147-159 (2011).
  4. Hummel, F., Cohen, L. G. Improvement of motor function with noninvasive cortical stimulation in a patient with chronic stroke. Neurorehabilitation Neural Repair. 19 (1), 14-19 (2005).
  5. Lo, A. C., et al. Robot-assisted therapy for long-term upper-limb impairment after stroke. New England Journal of Medicine. 362 (19), 1772-1783 (2010).
  6. Mehrholz, J., Haedrich, A., Platz, T., Kugler, J., Pohl, M. Electromechanical and robot-assisted arm training for improving generic activities of daily living, arm function, and arm muscle strength after stroke. Cochrane Database of Systematic Reviews. , (2012).
  7. Maciejasz, P., Eschweiler, J., Gerlach-Hahn, K., Jansen-Troy, A., Leonhardt, S. A survey on robotic devices for upper limb rehabilitation. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 11 (3), 10-1186 (2014).
  8. Ang, K. K., et al. Facilitating effects of transcranial direct current stimulation on motor imagery brain-computer interface with robotic feedback for stroke rehabilitation. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 96 (3), S79-S87 (2015).
  9. Chang, W. H., Kim, Y. H. Robot-assisted therapy in stroke rehabilitation. Journal of Stroke. 15 (3), 174-181 (2013).
  10. Volpe, B. T., et al. A novel approach to stroke rehabilitation: robot-aided sensorimotor stimulation. Neurology. 54 (10), 1938-1944 (2000).
  11. Volpe, B. T., et al. Robotic devices as therapeutic and diagnostic tools for stroke recovery. Archives of Neurology. 66 (9), 1086-1090 (2009).
  12. Nitsche, M. A., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. TheJournal of Physiology. 527 (3), 633-639 (2000).
  13. Fregni, F., et al. Transcranial direct current stimulation of the unaffected hemisphere in stroke patients. Neuroreport. 16 (14), 1551-1555 (2005).
  14. Kim, D. Y., et al. Effect of transcranial direct current stimulation on motor recovery in patients with subacute stroke. American Journal of Physical Medicine and Rehabilitation. 89 (11), 879-886 (2010).
  15. Giacobbe, V., et al. Transcranial direct current stimulation (tDCS) and robot practice in chronic stroke: the dimension of timing. NeuroRehabilitation. 33 (1), 49-56 (2013).
  16. Hesse, S., et al. Combined transcranial direct current stimulation and robot-assisted arm training in subacute stroke patients: a pilot study. Restorative Neurology and Neuroscience. 25 (1), 9-16 (2007).
  17. Hesse, S., et al. Combined transcranial direct current stimulation and robot-assisted arm training in subacute stroke patients: an exploratory, randomized multicenter trial. Neurorehabilitation and Neural Repair. 25 (9), 838-846 (2001).
  18. Edwards, D. J., et al. Raised corticomotor excitability of M1 forearm area following anodal tDCS is sustained during robotic wrist therapy in chronic stroke. Restorative Neurology and Neuroscience. 27 (3), 199-207 (2008).
  19. Ochi, M., Saeki, S., Oda, T., Matsushima, Y., Hachisuka, K. Effects of anodal and cathodal transcranial direct current stimulation combined with robotic therapy on severely affected arms in chronic stroke patients. Journal of Rehabilitation Medicine. 45 (2), 137-140 (2013).
  20. DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. Journal of Visualized Experiments. (51), (2011).
  21. Antal, A., Terney, D., Poreisz, C., Paulus, W. Towards unravelling task-related modulations of neuroplastic changes induced in the human motor cortex. European Journal of Neuroscience. 26 (9), 2687-2691 (2007).
  22. Williams, J. A., Pascual-Leone, A., Fregni, F. Interhemispheric modulation induced by cortical stimulation and motor training. Physical Therapy. 90 (3), 398-410 (2010).
  23. Zimerman, M., et al. Modulation of training by single-session transcranial direct current stimulation to the intact motor cortex enhances motor skill acquisition of the paretic hand. Stroke. 43 (8), 2185-2191 (2012).
  24. Nitsche, M. A., et al. Pharmacological modulation of cortical excitability shifts induced by transcranial direct current stimulation in humans. The Journal of Physiology. 553 (1), 293-301 (2003).
  25. Lindenberg, R., Renga, V., Zhu, L. L., Nair, D., Schlaug, G. M. D. P. Bihemispheric brain stimulation facilitates motor recovery in chronic stroke patients. Neurology. 75 (24), 2176-2184 (2010).
  26. Fusco, A., et al. The ineffective role of cathodal tDCS in enhancing the functional motor outcomes in early phase of stroke rehabilitation: an experimental trial. BioMed Research International. , (2014).
  27. Kwakkel, G., Kollen, B. J., Krebs, H. I. Effects of robot-assisted therapy on upper limb recovery after stroke: a systematic review. Neurorehabilitation and Neural Repair. 22 (2), 111-121 (2008).
  28. Gilliaux, M., et al. Upper limb robot-assisted therapy in cerebral palsy: a single-blind randomized controlled trial. Neurorehabilitation and Neural Repair. 29 (2), 183-192 (2015).
  29. Timmermans, A. A., et al. Effects of task-oriented robot training on arm function, activity, and quality of life in chronic stroke patients: a randomized controlled trial. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 11 (1), 45 (2014).
  30. Hummel, F. C., et al. Controversy: noninvasive and invasive cortical stimulation show efficacy in treating stroke patients. Brain Stimulation. 1 (4), 370-382 (2008).
  31. Nair, D. G., et al. Optimizing recovery potential through simultaneous occupational therapy and non-invasive brain-stimulation using tDCS. Restorative Neurology and Neuroscience. 29 (6), 411-420 (2011).
  32. Nitsche, M. A., et al. Modulation of cortical excitability by transcranial direct current stimulation. Nervenarzt. 73 (4), 332-335 (2002).

Play Video

Cite This Article
Pai, M. Y. B., Terranova, T. T., Simis, M., Fregni, F., Battistella, L. R. The Combined Use of Transcranial Direct Current Stimulation and Robotic Therapy for the Upper Limb. J. Vis. Exp. (139), e58495, doi:10.3791/58495 (2018).

View Video