Summary
El uso combinado de terapia robótica y estimulación transcraneal por corriente directa como un complemento para la terapia de rehabilitación convencionales puede resultar en mejores resultados terapéuticos debido a la modulación de la plasticidad cerebral. En este artículo, describimos los métodos combinados utilizados en nuestro Instituto para mejorar el rendimiento del motor después del accidente cerebrovascular.
Abstract
Desordenes neurológicos tales como derrame cerebral y parálisis cerebral son causas principales de discapacidad a largo plazo y pueden llevar a incapacidad severa y restricción de las actividades diarias debido a deficiencias de la extremidad superior e inferior. Intensivo terapia física y ocupacional aún se consideran tratamientos principales, pero se están estudiando nuevas terapias adjuntas a rehabilitación estándar que puede optimizar los resultados funcionales.
Estimulación por corriente directa transcraneal (tDCS) es una técnica de estimulación cerebral no invasiva que polariza las regiones subyacentes del cerebro mediante la aplicación de corrientes débiles directo a través de electrodos en el cuero cabelludo, modulación de la excitabilidad cortical. Mayor interés en esta técnica se pueden atribuir a su bajo costo, facilidad de uso y efectos sobre la plasticidad neuronal humano. La investigación reciente se ha realizado para determinar el potencial clínico de tDCS en diversas condiciones como la depresión, la enfermedad de Parkinson y motor rehabilitación después del accidente cerebrovascular. Pinza ayuda a mejorar la plasticidad cerebral y parece ser una técnica prometedora en programas de rehabilitación.
Un número de dispositivos robóticos se han desarrollado para ayudar en la rehabilitación de la función del miembro superior después del accidente cerebrovascular. La rehabilitación del déficit motor es a menudo un proceso largo que requiere enfoques multidisciplinarios para un paciente lograr la máxima independencia. Estos dispositivos no es nuestra intención reemplazar la terapia de rehabilitación manual; por el contrario, fueron diseñados como una herramienta adicional a los programas de rehabilitación, lo que permite la percepción inmediata de resultados y seguimiento de mejoras, así ayudando a los pacientes a permanecer motivado.
TDSC y terapia asistida por el robot son complementos prometedoras para rehabilitación de accidente cerebrovascular y destino la modulación de la plasticidad cerebral, con varios informes que describen su uso asociado con la terapia convencional y la mejora de los resultados terapéuticos. Sin embargo, más recientemente, algunos ensayos clínicos pequeños han desarrollado que describen el uso asociado de tDCS y terapia asistida por robot en la rehabilitación del accidente cerebrovascular. En este artículo, describimos los métodos combinados utilizados en nuestro Instituto para mejorar el rendimiento del motor después del accidente cerebrovascular.
Introduction
Enfermedades neurológicas tales como accidente cerebrovascular, parálisis cerebral y traumatismo craneoencefálico son las principales a causas de discapacidad a largo plazo, debido a las lesiones y síntomas neurológicos posteriores que pueden llevar a incapacidad severa y restricción de actividades día1. Trastornos del movimiento reducen significativamente la calidad de vida de un paciente. Recuperación motora es impulsado fundamentalmente por la neuroplasticidad, el mecanismo básico subyacente a la readquisición de las habilidades motoras perdidas debido a las lesiones de cerebro2,3. Por lo tanto, terapias de rehabilitación se basan fuertemente en intensivo de dosis altas y la intensa repetición de movimientos para recuperar fuerza y rango de movimiento. Estas actividades repetitivas se basan en movimientos de la vida diaria, y pacientes pueden volverse menos motivados debido a la lenta recuperación del motor y ejercicios repetitivos, que pueden afectar el éxito de neurorrehabilitación4. Intensivo terapia física y ocupacional aún se consideran tratamientos principales, pero se están estudiando nuevas terapias adjuntas a rehabilitación estándar para optimizar los resultados funcionales1.
El advenimiento de las terapias asistidas por robot se ha demostrado tener gran valor en la rehabilitación del movimiento, que influyen en los procesos de plasticidad sináptica neuronal y reorganización. Se han investigado para el entrenamiento de los pacientes con las funciones neurológicas dañadas y ayudar a las personas con discapacidad5. Una de las ventajas más importantes de la adición de tecnología robótica para las intervenciones rehabilitive es su capacidad para ofrecer entrenamiento de alta intensidad y alta dosis, que de otra manera sería un proceso muy intensivo6. El uso de terapias robóticas, junto con programas de ordenador de realidad virtual, permite una percepción inmediata y la evaluación de recuperación del motor y puede cambiar las acciones repetitivas en significativas, interactivas funcionales tareas como la limpieza de una estufa de7 . Esto puede elevar la motivación y adherencia al proceso de rehabilitación larga de los pacientes y permite, a través de la posibilidad de medición y cuantificación de movimientos, seguimiento de su progreso5. Integración de terapia robótica en las prácticas actuales puede aumentar la eficacia y la efectividad de la rehabilitación y el desarrollo de nuevos modos de ejercicio8.
Terapéutico rehabilitación robots proporcionan formación específica para la tarea y se pueden dividir en dispositivos de tipo de efector final y exoesqueleto-tipo dispositivos9. La diferencia entre estas clasificaciones se relaciona cómo movimiento se transfiere desde el dispositivo al paciente. Extremo-effector dispositivos tienen estructuras más simples, con la extremidad del paciente solamente en su parte más distal, lo que dificulta aislar el movimiento de una articulación. Dispositivos basados en el exoesqueleto tienen diseños más complejos con una estructura mecánica que refleja la estructura esquelética de la extremidad, por lo que un movimiento de articulación del dispositivo producirá el mismo movimiento del paciente miembro7,9.
T-WREXSE es un robot basado en el exoesqueleto que ayuda a los movimientos de todo el brazo (hombro, codo, antebrazo, muñeca y movimientos del dedo). El brazo mecánico ajustable permite niveles variables de ayuda de la gravedad, permitiendo a los pacientes que tienen alguna función residual del miembro superior para lograr un mayor rango activo de movimiento en una terapia espacial tridimensional7,9. El MIT-MANUS es un robot del tipo de efector final que funciona en un único plan (x - y y-Axis) y permite que una bidimensional gravedad compensada terapia, asistencia a hombro y codo movimientos moviendo la mano del paciente en el plano horizontal o vertical9 , 10. ambos robots tienen sensores de posición incorporado que pueden cuantificar el control motor de la extremidad superior y recuperación y una interfaz para la integración de la computadora que permite 1) el entrenamiento de tareas funcionales significativos simulado en un entorno virtual de aprendizaje y 2) juegos de ejercicio terapéutico, que ayuda a la práctica de la planificación, defectos del campo visual, la atención y la coordinación ojo-mano motor o descuida7,9. También permiten la compensación de los efectos de la gravedad en la extremidad superior y son capaces de ofrecer apoyo y asistencia a los movimientos repetitivos y estereotipados en pacientes severamente deteriorados. Esto reduce progresivamente asistencia como el sujeto mejora y aplica la mínima asistencia o resistencia al movimiento de pacientes levemente deteriorados9,11.
Otra nueva técnica de neurorrehabilitación es estimulación por corriente directa transcraneal (tDCS). tDCS es una técnica de estimulación cerebral no invasiva que induce cambios de excitabilidad cortical mediante el uso de corrientes directas aplicadas via cuero cabelludo electrodos12,de baja amplitud13. Dependiendo de la polaridad de la corriente, excitabilidad del cerebro puede aumentar por el estímulo anódicas o disminuida por estimulación cathodal2.
Recientemente, ha habido mayor interés en la pinza, como se ha demostrado para tener efectos beneficiosos en una amplia gama de enfermedades como el accidente cerebrovascular, epilepsia, enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer, fibromialgia, trastornos psiquiátricos como la depresión, afectivo trastornos y esquizofrenia2. Pinza tiene algunas ventajas, como su relativamente bajo costo, facilidad de uso, seguridad y efectos secundarios raros14. tDCS también es un método indoloro y puede ser confiablemente cegado en los ensayos clínicos, ya que tiene un modo simulado del13. tDCS es probable no óptimos para la recuperación funcional en su propia; sin embargo, está mostrando mayor promesa como terapia asociada en rehabilitación, ya que mejora el cerebro plasticidad15.
En este protocolo, demostramos terapia Robusteza-asistida combinada (con dos robots de vanguardia) y no invasiva neuromodulación con pinza como método para mejorar los resultados de la rehabilitación, además de la terapia física convencional. Más estudios con terapias robóticas o pinza utilizaron como técnicas aisladas y pocos han combinado ambos, que puede aumentar los efectos beneficiosos más allá de las intervenciones solo. Estos pequeños ensayos demostraron un posible efecto sinérgico entre los dos procedimientos, con mejor recuperación motora y funcional capacidad8,15,16,17,18, 19. Por lo tanto, nuevas terapias multimodales pueden mejorar la recuperación de movimiento más allá de las posibilidades actuales.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Este protocolo sigue las directrices del Comité de ética de investigación de la institución.
1. pinza
- Contraindicaciones y consideraciones especiales
Nota: la pinza es una técnica segura que envía corriente directa constante y baja a través de electrodos, induciendo cambios en la excitabilidad neuronal del área ser estimulado.- Antes de la instalación de dispositivos, confirmar que el paciente no tiene contraindicaciones para tDCS, como reacciones adversas al tratamiento previo de tDCS, dispositivos médicos implantados cerebrales o la presencia de implantes metálicos en la cabeza.
- Utilice los siguientes criterios de inclusión: pacientes con accidente cerebrovascular crónico y subagudo con leve a moderada hemiparesia extremidad superior. Otras contraindicaciones incluyen defectos del cráneo, que podrían alterar la intensidad y la ubicación del flujo de corriente, y temas deben estar libres de condiciones médicas inestables como la epilepsia no controlada.
- Inspeccionar el cuero cabelludo del paciente cuidadosamente para las lesiones cutáneas, tales como trastornos de la piel aguda o crónica, cortes u otros signos inflamatorios. Evitar la colocación de los electrodos y estimular zonas de tales lesiones como precaución de seguridad.
- Materiales para pinza
- Verifica si todos los siguientes materiales están disponibles (figura 1) antes de iniciar el procedimiento: tDCS dispositivo estimulador, 9 batería V, 2 electrodos conductores, 2 esponja electrodos, cables, 2 vinchas de goma (o las correas del Velcro, correas no conductores) , solución de cloruro de sodio (NaCl), cinta de medición
- Mediciones de
- Sitios de electrodo se definen generalmente como posiciones de EEG de 10/20, como se describe en una anterior publicación20. Asegúrese de que el tema está cómodamente sentado.
- En primer lugar, localizar el vértice (Cz).
- Medir la distancia desde el nasion (puente de la nariz) o intersección de los dos huesos nasales y el hueso frontal del inion (protuberancia occipital externa o proyección más prominente de la protuberancia) y marque el 50% de esta longitud. Marque esta posición Cz preliminar como una línea, utilizando un lápiz de aceite o un marcador no tóxico a base de agua.
- Mida la distancia de puntos preauricular derecha e izquierda (es decir, el área anterior del trago). Divida esta distancia por la mitad y marque el punto calculado con una línea.
- Conectar ambas líneas para crear una cruz. La intersección de ambas líneas corresponde al vértice (Cz) (figura 2).
- Identificar el sitio de destino en la cabeza.
Nota: Anódicas estimulación incrementa la excitabilidad cortical en el tejido cerebral estimulada, mientras que estimulación cathodal disminuye. Estudios previos han utilizado estimulación anódicas en el hemisferio lesionado o cathodal estimulación del hemisferio del contralesional con el fin de disminuir la excitabilidad cortical en el córtex motor afectado y aumento en la corteza del motor afectada. En este protocolo, describiremos bihemispheric estimulación (con estimulación anódicas y cathodal en la misma sesión) y estimulación anódicas sobre la corteza de motor primaria.- Para localizar la corteza motora primaria (M1), uso 20% de la distancia de Cz para el punto preauricular derecha o izquierda (figura 3). Esta área deberá corresponder a la ubicación de EEG de C3/C4.
- Coloque el ánodo sobre la corteza de motor centro de M1 del hemisferio ipsilesional y el cátodo sobre la región supraorbitaria contralateral (Fp) (figura 3).
- Como alternativa, coloque el ánodo sobre la corteza de motor centro de M1 del hemisferio ipsilesional y el cátodo sobre del contralesional M1. Las posiciones M1 para los electrodos de pinza se encuentran en canales de C3 y C4 (figura 3).
- Preparación de la piel
- Inspeccione la piel y evitar estimulantes sobre las lesiones o piel dañada.
- Mueva el pelo lejos del sitio de estimulación para mejorar la conductancia. Limpie la superficie de la piel, eliminando cualquier signo de loción y gel. De sujetos con cabello más grueso, puede ser necesario utilizar gel conductor.
- Posicionamiento de electrodos y el dispositivo de configuración20
- Después de preparar la piel y localizar el sitio de estimulación, coloque una cinta de la cabeza bajo el inion, alrededor de la circunferencia de la cabeza. Proporcionar arnés de cabeza hechos de material no conductor y no absorbente como elástico, Velcro, o correas de goma.
- Remoja las esponjas con solución salina. Para una esponja de 35 cm2 , aproximadamente 6 mL de solución por cada lado puede ser suficiente. Evitar la oversoaking de la esponja. Evitar la producción de fugas de líquidos sobre el tema. Si es necesario, utilice una jeringa para agregar más solución.
- Conecte los cables al dispositivo de pinza. Asegúrese de que la polaridad de los cables está correcta, puesto que los efectos de tDCS son específicas de polaridad (como estándar: rojo corresponde al electrodo ánodo, y negro o azul corresponde al electrodo de cátodo).
- Inserte el pin del cable conector firmemente en la inserción de goma conductora.
- Inserte la inserción de goma conductora en la esponja. Asegúrese de que la inserción de goma conductora todo está cubierto por la esponja y que el pin del cable conector no es visible.
- Coloque el primer electrodo de esponja debajo de la cinta de la cabeza y asegurarse de que el exceso de líquido no es liberado de la esponja.
- Conectar ambas correas elásticas de la cabeza, según el montaje de electrodo previsto.
- Coloque el segundo electrodo de esponja en la cabeza sobre el área ser estimulado bajo el segundo elástica correa.
- Si la resistencia general eléctrica de los electrodos y el cuerpo es alta, puede indicar configuración del electrodo inadecuado. Algunos dispositivos proporcionan medición de resistencia, que debe ser kΩ bajo 5, idealmente.
- Algunos dispositivos proporcionan una indicación continua de la resistencia durante la estimulación, que es una manera útil para detectar situaciones potencialmente peligrosas (por ejemplo, un electrodo seco). En tales casos, el dispositivo puede terminar o reducir la intensidad de estímulo si la resistencia aumenta más allá de cierto umbral.
- Estimulación
- Asegúrese de que el paciente está despierto, relajado y sentarse cómodamente durante el procedimiento21.
- Ajuste el tDCS estimulador (intensidad, tiempo y condición de impostor, si es aplicable). Según estudios anteriores, se aplican corriente directa durante 20 minutos a una intensidad de 1 mA.
Nota: Para la intervención simulada, la corriente se suele aplicar sólo para los primeros 30 s para dar al sujeto la sensación de estimulación. Esta duración se ha establecido en varios estudios como ser eficaz en el cegamiento de la intervención asignada, sin estimular la excitabilidad cortical22. - Iniciar la estimulación de la pinza. Iniciar el flujo de corriente por incrementando la corriente para evitar los efectos más adversos. Ramping para arriba se hace automáticamente en algunos dispositivos, pero si no es así, aumente la corriente lentamente durante la inicial 30 s para alcanzar la máxima programada actual (en nuestro protocolo, hasta 1 mA).
- Después de iniciar la estimulación eléctrica, algunos pacientes pueden percibir sensaciones de picazón leve temporales, mareos o vértigo. Esto se puede evitar incrementando la corriente arriba y abajo al principio y al final de cada sesión.
- Al final del procedimiento, poco a poco la rampa fuera de la corriente de 30 s.
- Después del procedimiento
- Para registrar y evaluar la seguridad de la estimulación, pida al paciente que complete un cuestionario de efectos adversos comunes y su intensidad después de que el procedimiento se realiza. Estos pueden incluir irritación de la piel, náuseas, dolores de cabeza, ardor, mareos, hormigueo u otras molestias.
- Explicar al paciente que cualquier posibles efectos secundarios son generalmente de intensidad leve o moderada y suele ser temporal.
- Después de tDCS, referir los pacientes para someterse a terapia robótica.
Nota: En las siguientes secciones del presente Protocolo, se describe el uso de las versiones comerciales del MIT-Manus y T-WREXSE.
2. robótica terapia con MIT-Manus
-
Posicionamiento
Nota: Este robot es un robot interactivo para la rehabilitación del miembro superior. La versión utilizada en nuestro estudio permite formación de movimiento de la muñeca en el plano horizontal (plana).- Asegúrese de que el tema está sentado en una silla confortable y ergonómica, asegurada por un cinturón de cuatro puntos y frente a la pantalla de video.
- Asegúrese de que un terapeuta capacitado supervisa el entrenamiento robótico.
- Coloque la mano que se someterá a entrenamiento en el apretón de la manija de la robótica. Ajustar ambos cinturones alrededor del brazo del sujeto. Ajuste el soporte en la parte posterior del brazo para que permanezca estable durante el entrenamiento.
- Coloque la extremidad superior parético como se indica: hombro en flexión de 30 º, flexión de codo de 90°, antebrazo en posición prona mediados, muñeca en posición neutral.
- Durante la operación de la máquina, asegúrese de que el movimiento de las articulaciones de hombro y codo gama está limitada a aproximadamente 45°. Asegúrese de que el brazo se inmoviliza, y la muñeca tiene libertad de movimiento. Movimiento es posible en el plano horizontal (en todas las direcciones posibles).
-
Formación
- El número de movimientos en una sesión de entrenamiento robótico es variable; sin embargo, es común realizar repeticiones unos 320 en todas las direcciones posibles de un avión dentro de un mismo plano.
- La pantalla muestra señales de las tareas que el sujeto necesita realizar y proporciona información constante de la posición del brazo.
- El software del robot tiene varios juegos de ejercicio terapéutico para el entrenamiento motor. La retroalimentación visual consiste en generalmente una pelota amarilla que el paciente debe moverse entre los objetivos. Otros escenarios de formación están disponibles.
- El robot sólo ayudará a la paciente si es necesario; por ejemplo, si el sujeto no puede realizar el movimiento deseado en 2 s, la máquina le ayudará a completar su movimiento. Si el sujeto no tiene suficiente coordinación motora para llevar a cabo el movimiento previsto, el robot guiará el brazo del sujeto para realizar el movimiento correspondiente.
3. entrenamiento con brazo MIT-Manus
Nota: Este brazo robótico permite formación de codo flexión y extensión, protracción de hombro y retracción y rotación interna y externa de hombro en el plano horizontal.
-
Posicionamiento
- Para el brazo MIT-MANUS, asegúrese de que el sujeto está sentado cómodamente. Ajustar los cinturones de seguridad en consecuencia. Posición del paciente derecha o izquierda del brazo en el robot y ajustar ambos cinturones.
- Ajuste la altura del robot según sea necesario. Ajuste la altura de la mesa según sea necesario.
- Si hay alguna molestia o dolor, presione el botón de parada de emergencia para desactivar el robot inmediatamente.
-
Formación
- Calibrar la máquina preguntando el tema a mover su brazo a lo largo de las líneas.
- El robot sólo ayudará a la paciente si es necesario. Por ejemplo, si el sujeto no puede realizar el movimiento deseado en 2 s, la máquina le ayudará a completar su movimiento. Si el sujeto no tiene suficiente coordinación motora para llevar a cabo el movimiento previsto, el robot guiará el brazo del sujeto para realizar el movimiento correspondiente.
Nota: El software del robot tiene varios juegos de ejercicio terapéutico para el entrenamiento motor. La retroalimentación visual consiste en generalmente una pelota amarilla que el paciente debe moverse entre los objetivos. Otros escenarios de formación están disponibles.
4. entrenamiento con T-WREXSE
-
Posicionamiento
Nota: La T-WREXSE consiste en un exoesqueleto que se ajusta el brazo del sujeto y permite el libre movimiento del hombro, codo y articulaciones de la muñeca en un entorno tridimensional.- Asegúrese de que el sujeto está sentado en una silla cómoda y ergonómica frente a la pantalla de video, que proporciona una retroalimentación visual y auditiva en un entorno de realidad virtual, ayudando a la paciente a lograr su objetivo.
- Coloque al paciente sentado frente a modulo principal del robot. Utilice el control remoto suministrado para ajustar altura de exoesqueleto por consiguiente. Ajuste el brazo del robot exoesqueleto del lado correspondiente de la extremidad del paciente que será entrenado (izquierda o derecha).
- Deje unos 4 dedos de altura por encima del hombro.
- Ajuste del miembro del paciente en el exoesqueleto, ajuste las correas en el brazo y antebrazo.
- Ajustar la longitud del brazo de exoesqueleto y por consiguiente, del antebrazo así como la compensación de peso (gravedad) necesaria para el brazo (A i) y antebrazo (A E). Consiste en una escala lineal de la ayuda de la gravedad, donde A no tiene ninguna ayuda de la gravedad.
- De entrada estas mediciones a la computadora.
- Antes de comenzar el entrenamiento, ajustar y calibrar el rango de los límites de movimiento del robot, según las capacidades del paciente.
- Para comprobar el calibrado rango de movimiento, pida al paciente que mueva el cubo en todas las direcciones de la pantalla.
-
Formación
- En cada sesión, que el individuo lleve a cabo unos 72 repeticiones del movimiento hacia objetivos funcionales diferentes (una sesión de entrenamiento T-WREXSE generalmente dura unos 60 minutos).
- Entre cada movimiento, permite un intervalo de 10 segundos evitar la fatiga. Las 72 repeticiones se dividen en 3 bloques de 24 movimientos. Permite un intervalo de 5 minutos entre cada bloque de 24 movimientos.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Estimulación cerebral no invasiva con tDCS recientemente ha generado un interés por sus potenciales efectos neuroplastic, equipo relativamente barato, facilidad de uso y pocos efectos secundarios22. Los estudios han demostrado eso neuromodulación por tDCS tiene el potencial para modular la excitabilidad cortical y la plasticidad, promoviendo mejoras en el rendimiento del motor a través de la plasticidad sináptica mediante la estimulación de la corteza de motor primaria4. Anódicas estimulación aumenta la excitabilidad cortical facilitando la despolarización de las neuronas en el área de la corteza de motor primaria, mientras que estimulación cathodal hyperpolarizes el reclinación potencial de la membrana y reduce la leña neuronal, que reduce inhibición de interhemispheric de la corteza de motor primaria del contralesional. Pinza doble combina estos dos montajes por facilitar la actividad en el área de ipsilesional e inhibe del contralesional hemisferio12,23.
Estudios previos han reportado efectos electrofisiológicos de tDCS hasta 90 min de duración y comportamiento efectos duran hasta 30 min, después de un solo 20 min de tDCS sesión (figura 4)24,32. La evidencia es aún controversial, que estos resultados positivos no sean compatibles. Lindenberg et al. 25 encontró mejoría funcional motor después de estimulación bihemispheric que duró más tiempo el período de intervención (figura 5) y un metanálisis publicado en 2012 sugieren que el uso de no-invasivo del cerebro estimulación como TMS y TMS repetidor se asociaron con mejoras en la recuperación del motor, tanto individualmente y cuando compararon con placebo estimulación2. Un ensayo experimental por Fusco et al. 26 no encontró ninguna mejoría funcional para cathodal tDCS en fases tempranas del movimiento; sin embargo, Fregni et al. 13 encontró que ambos aislaron cathodal estimulación anódicas (pero no simulada) mejoró significativamente la función motora. Estos hallazgos controvertidos son probablemente debido a la heterogeneidad de características del paciente (es decir, aguda vs crónica pacientes con accidente cerebrovascular, leves y graves deficiencias motoras) y las características del estímulo (es decir, número de sesiones de tDCS, duración de la sesión, anódicas vs cathodal vs doble estimulación).
La evidencia para la terapia robótica en rehabilitación es más prominente, demostrando reducciones incrementales claro de debilitación del motor27. Sin embargo, debido a la gran cantidad de fabricantes y varios tipos de dispositivos robóticos, cada máquina tiene limitaciones, cualidades y características únicas. La Asociación Americana del corazón sugiere que la terapia Robusteza-asistida para extremidades superiores ha logrado clase I nivel de evidencia para pacientes con accidente cerebrovascular en pacientes ambulatorios y clase IIa en pacientes hospitalizados configuración1. Una revisión de 19 ensayos y 666 pacientes encontró que los sujetos que recibieron entrenamiento asistido por robot del brazo después del accidente cerebrovascular eran más propensos a mostrar mejoras en la vida cotidiana y de la función del brazo parético6. Un ensayo simple ciego encontró que los niños con parálisis cerebral mejoraron significativamente en medidas de destreza manual en comparación con el control grupo28, mientras que Timmermans et al. 29 encontraron que pacientes con accidente cerebrovascular crónico mostraron mejoras significativas en el entrenamiento orientado a la tarea del brazo que se mantuvo durante 6 meses después de la intervención. Además, un ensayo controlado aleatorio multicéntrico encontró que pacientes con accidente cerebrovascular crónico con moderada a severas deficiencias de extremidad superior mejoraron significativa pero modesta brazo las medidas de función, movimiento y calidad de vida después de la robótica capacitación durante el período de estudio de 36 semanas en comparación con el estándar de cuidado pacientes pero terapia física intensiva no pacientes (figura 6)5.
Mientras que se han realizado ensayos de neurorrehabilitación con pinza o terapia robótica, pocos se han realizado la combinación de estas terapias. Hesse et al. 16 un estudio piloto previo y encontramos que tDCS anódicas para el hemisferio afectado, combinado con entrenamiento asistido por robot del brazo no causado ninguna mejora significativa en la función motora en pacientes con accidente cerebrovascular aguda. Otro estudio de Ochi et al. 19 demostró que ambos tDCS anódicas para el hemisferio afectado y cathodal estímulo al hemisferio inafectado podrían lograr una mejora del motor de magnitud limitada, pero similares. Por último, Edwards et al. 18 encontró que las mejoras en la excitabilidad cortical y menor inhibición cortical en grupos activos de la terapia de tDCS plus robot dio lugar a más grandes ganancias en la función motora.
Investigaciones recientes sugieren que la secuencia de estimulación es importante para la mejora de la función. Giacobbe et al. 15 evaluar la dimensión de tiempo en la terapia robótica combinada con pinza para la rehabilitación de muñeca en pacientes con accidente cerebrovascular crónico y encontró que la velocidad de movimiento de la muñeca y la suavidad (> 15%) mejoraron cuando tDCS fue entregado antes de una sesión de 20 minutos de robótico de entrenamiento pero no cuando se entregan durante o después del entrenamiento (figura 7). Contraste de estos resultados con otros estudios que encuentran que terapia ocupacional simultánea y tDCS conducen a significativas mejoras motor31. Por último, Nair et al. 31 encontró que el uso de tDCS cathodal simultánea y terapia ocupacional resultó en cambios significativamente mayores de recuperación motora en comparación con la terapia con estimulación simulada (figura 8).
Figura 1 : Materiales para tDCS. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 : Posición del vértice. Áreas corticales están marcadas según el sistema 10/20. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3 : Corteza del Motor posición. Áreas corticales están marcadas según el sistema 10/20. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 : Efectos electrofisiológicos de una sesión de tDCS solo. Después de una sesión de tDCS solo de 20 min, efectos electrofisiológicos puede última hasta 90 min y comportamiento efectos hasta 30 min después de la estimulación. Reimpreso de Nitsche et al.. 32, con autorización de Springer. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5 : Cambios en los resultados de primarios y secundarios durante el período de estudio de 36 semanas en comparación con línea base. Lo et al. 5 encontró mejorías modestas pero significativas en función del brazo, movimiento y calidad de vida después del entrenamiento de la robot. Esta figura es reimpreso con permiso de la sociedad médica de Massachusetts5. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6 : Cambios en las puntuaciones de deficiencia motora y el índice de lateralidad fMRI. Lindenberg et al. 25 encontró cambios funcionales en las puntuaciones de deficiencia motora y mejora la función de las extremidades afectadas después bihemispheric tDCS. Reimpreso de Lindenberg et al. con permiso de Lippincott Williams & Wilkins25. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7 : Efecto del tipo de intervención sobre la cinemática de funcionamiento del motor. Giacobbe et al. 15 encontró que la tDCS entregado antes de terapia robótica mejorado de movimientos de muñeca y suavidad. Reimpreso de Giacobbe, et al. 15 con el permiso de IOS Press. La publicación está disponible en IOS Press a través de 10.3233/NRE-130927 haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8 : Efecto de tDCS cathodal más terapia ocupacional31 . TDCS simultánea y terapia ocupacional resultaron en significativamente (*) mayores cambios de motor mejora. Reimpreso deNair et al. 31 con el permiso de IOS Press. La publicación está disponible en IOS Press a través de 10.3233/RNN-2011-0612 haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
En este protocolo, se describe un protocolo de tratamiento estándar para pinza combinada la estimulación asociada y terapia robótica, usada como complemento a los programas de rehabilitación convencional en pacientes con problemas de brazo. El protocolo pretende mejorar la movilidad y la función motora. Es importante observar la rampa- y la rampa de la máquina de pinza para evitar cualquier riesgo de efectos adversos. tDCS es una técnica segura con pocos efectos secundarios que se describen en la literatura2.
El protocolo puede ser modificado en formas menores. Informes anteriores en la literatura describen pinza se aplica antes, durante o después del entrenamiento motor (ya sea con robots o con ayuda humana). En nuestro protocolo, describimos una sesión de 20 min de tDCS irá inmediatamente seguido de terapia robótica. Algunos estudios han encontrado mejores resultados de tDCS simultánea y capacitación robótica.
Después de un accidente cerebrovascular, basado en el modelo de competencia interhemispheric, déficit motor se sugiere ser en parte debido a reducido la salida de la corteza motora primaria (M1) del hemisferio dañado y al incremento de la influencia inhibitoria del del contralesional M1 Hemisferio. En este protocolo, optó por estimulación anódicas de la M1 del lesional y se describe la posibilidad de estimulación bihemispheric. TDCS anódicas estimulación aumenta excitabilidad cortical de la M1 dañados, mientras que cathodal estimulación disminuye la excitabilidad cortical en la M1 intacto; sin embargo, aplicación doble de tDCS destinaría estos dos ámbitos simultáneamente. Otros protocolos también optan por una estimulación bihemispheric, como algunos estudios han reportado mayor motricidad ganancias18,25.
Estudios previos han evaluado dosis única o pocas sesiones de tDCS para neurorehabilitación, con secuelas a corto plazo dura hasta 90 minutos después de una sesión de estimulación de 20-30 min. Sesiones repetidas pueden tener una mayor duración y magnitud de efectos induciendo una manipulación más significativa en la eficacia sináptica y la mayor magnitud de los efectos, como de rehabilitación física para los trastornos del movimiento es generalmente un proceso largo. Existe un consenso, sin embargo, que para el duradero motor mejoras, tDCS preferencial sea realizada en conjunto con entrenamiento30.
La terapia robótica asociada con la estimulación cerebral no invasiva es todavía no todavía ampliamente accesible, debido a los altos costos de la terapia robótica. La mayoría de los robots, sin embargo, son todavía prohibitiva para muchos servicios de rehabilitación, dando por resultado un uso limitado. El costo de la tecnología robótica puede disminuir en el futuro en comparación con el costo de mano de obra humana y la rentabilidad como una ventaja de la terapia robótica es posible7. Este protocolo es interesante porque física rehabilitación con terapias robóticas ha demostrado gran promesa de ser un complemento a la terapia convencional, permitiendo a pacientes hospitalizados y pacientes ambulatorios para realizar más tareas repetitivas con intensidades más altas y para períodos más largos, resultando en un programa de rehabilitación óptima. Otras ventajas incluyen la retroalimentación instantánea y medidas objetivas de la cinemática y la dinámica de rendimiento de movimiento que es posible después de cada sesión de entrenamiento, ayudando a mantener la motivación para la participación activa del paciente.
La combinación de tDCS y física rehabilitación asistida por robots puede mejorar los efectos de cualquier intervención utilizada solamente, dando por resultado ganancias motor adicionales para los pacientes. La combinación de robot-periféricas sensorimotor las actividades de formación que proporcionan mayor retroalimentación sensorial a la corteza junto con la modulación de la excitabilidad cortical debido a la pinza puede resultar en un resultado más positivo, debido a la plasticidad sináptica. La evidencia de este enfoque combinatorio es prometedor, aunque todavía limitada y poco concluyente, en comparación con los tratamientos cuando se aplican individualmente. Se necesitan más estudios para investigar el sinergismo y posibles efectos adicionales de la terapia combinada, tales como el número óptimo de sesiones y tiempo de cada terapia y si tDCS deben aplicarse antes, durante o después de la rehabilitación actividades a los resultados funcionales del efecto.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Los autores declaran que no tienen intereses financieros que compiten.
Acknowledgments
Los autores desean agradecer a Spaulding laboratorio de neuromodulación y Instituto de Reabilitação Lucy Montoro por su generoso apoyo en este proyecto.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| tDCS device | Soterix Medical | Soterix Medical 1x1 | |
| 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
- 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).
- 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).
- Johansson, B. B. Current trends in stroke rehabilitation. A review with focus on brain plasticity. Acta Neurologica Scandinavica. 123 (3), 147-159 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Chang, W. H., Kim, Y. H. Robot-assisted therapy in stroke rehabilitation. Journal of Stroke. 15 (3), 174-181 (2013).
- Volpe, B. T., et al. A novel approach to stroke rehabilitation: robot-aided sensorimotor stimulation. Neurology. 54 (10), 1938-1944 (2000).
- Volpe, B. T., et al. Robotic devices as therapeutic and diagnostic tools for stroke recovery. Archives of Neurology. 66 (9), 1086-1090 (2009).
- 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).
- Fregni, F., et al. Transcranial direct current stimulation of the unaffected hemisphere in stroke patients. Neuroreport. 16 (14), 1551-1555 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Williams, J. A., Pascual-Leone, A., Fregni, F. Interhemispheric modulation induced by cortical stimulation and motor training. Physical Therapy. 90 (3), 398-410 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Hummel, F. C., et al. Controversy: noninvasive and invasive cortical stimulation show efficacy in treating stroke patients. Brain Stimulation. 1 (4), 370-382 (2008).
- 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).
- Nitsche, M. A., et al. Modulation of cortical excitability by transcranial direct current stimulation. Nervenarzt. 73 (4), 332-335 (2002).
