Summary
Kombinerade användning av transkraniell likström stimulering och robotliknande terapi som tillägg för konventionella rehabilitering terapi kan resultera i förbättrade terapeutiska resultat på grund av modulering av hjärnans plasticitet. I den här artikeln beskriver vi de kombinera metoder som används i våra Institutet för att förbättra motorns prestanda efter stroke.
Abstract
Neurologiska sjukdomar såsom stroke och cerebral pares är ledande orsakerna till långvariga funktionshinder och kan leda till svår funktionsnedsättning och begränsning av dagliga aktiviteter på grund av nedre och övre extremiteter nedskrivningar. Intensiv fysisk och arbetsterapi betraktas fortfarande som huvudsakliga behandlingar, men nya adjungerade terapier standard rehabilitering som kan optimera funktionella resultat studeras.
Transkraniell likström stimulering (TDC) är en icke-invasiv hjärnan stimulering teknik som polariserar underliggande hjärnregioner genom tillämpning av svag rikta strömmar genom elektroderna på hårbotten, modulera kortikala upphetsning. Ökat intresse för denna teknik kan hänföras till dess låg kostnad, användarvänlighet, och effekter på människors neural plasticitet. Nyare forskning har utförts för att bestämma den kliniska potentialen hos TDC i olika tillstånd såsom depression, Parkinsons sjukdom och motor rehabilitering efter stroke. TDC hjälper till att öka hjärnans plasticitet och verkar vara en lovande teknik i rehabiliteringsprogram.
Ett antal robotic enheter har utformats för att hjälpa i rehabilitering av övre extremiteterna funktion efter stroke. Rehabilitering av motor underskott är ofta en lång process som kräver tvärvetenskapliga strategier för en patient att uppnå maximal självständighet. Dessa enheter inte har för avsikt att ersätta manuell rehabilitering terapi; istället, de var utformade som ett kompletterande verktyg till rehabiliteringsprogram, att tillåta omedelbar uppfattning av resultat och spåra förbättringar, vilket hjälper patienter bo motiverad.
Både tDSC och robot-assisterad terapi är lovande tillägg till stroke rehabilitering och rikta moduleringen av hjärnans plasticitet, med flera rapporter som beskriver deras användning associeras med konventionell behandling och förbättring av terapeutiska resultat. Dock mer nyligen, har några små kliniska studier utvecklats som beskriver associerade användning av TDC och robot-assisterad terapi i stroke rehabilitering. I den här artikeln beskriver vi de kombinera metoder som används i våra Institutet för att förbättra motorns prestanda efter stroke.
Introduction
Neurologiska sjukdomar såsom stroke, cerebral pares och traumatisk hjärnskada är ledande orsakerna till långvariga funktionshinder, på grund av lesioner och efterföljande neurologiska symtom som kan leda till allvarlig oförmåga och begränsning av dagliga aktiviteter1. Rörelsestörningar avsevärt minska patientens livskvalitet. Motorisk återhämtning är fundamentalt driven av neuroplasticity, grundläggande mekanismen bakom återlåsning av motorik som förloras på grund av hjärnan lesioner2,3. Rehabilitering terapier är således starkt baserat på högdos intensivutbildning och intensiv upprepning av rörelser att återställa styrka och rörelseomfång. Dessa repetitiva aktiviteter baseras på dagliga liv rörelser, och patienter kan bli mindre motiverade på grund av långsam motorisk återhämtning och repetitiva övningar, som kan försämra framgången för neurorehabilitering4. Intensiv fysisk och arbetsterapi betraktas fortfarande som huvudsakliga behandlingar, men nyare adjungerade terapier standard rehabilitering studeras för att optimera funktionella resultat1.
Tillkomsten av robot-assisterad terapi har visat sig ha stort värde i stroke rehabilitering, påverka processer av neuronala synaptisk plasticitet och omorganisation. De har undersökts för utbildning av patienter med skadade neurologiska funktioner och personer med funktionsnedsättning5. En av de viktigaste fördelarna med att lägga till robotteknik till rehabilitive insatser är dess förmåga att leverera hög intensitet och hög-dosering utbildning, som annars skulle vara en mycket arbetsintensiva processen6. Användning av robotic terapier, tillsammans med virtuell verklighet datorprogram, möjliggör en omedelbar uppfattning och utvärdering av motorisk återhämtning och kan ändra repetitiva till meningsfull, interaktiva funktionella uppgifter såsom städning spishäll7 . Detta gör, genom möjligheten att mäta och kvantifiera rörelser, spårning av deras framsteg5och kan höja patienternas motivation och följsamhet till den långa rehabiliteringen. Integrering av robotic terapi i nuvarande praxis kan öka effekten och effektiviteten av rehabilitering och möjliggöra utveckling av nya former av motion8.
Terapeutisk rehabilitering robotar ger uppgiftsspecifik utbildning och kan delas in i slutet-effektor-typ enheter och exoskelett-typ enheter9. Skillnaden mellan dessa klassificeringar är relaterad till hur rörelse överförs från enheten till patienten. Slutet-effektor enheter har enklare strukturer, att kontakta patientens lem bara på sin mest distala del, vilket gör det svårare att isolera rörligheten för en gemensam. Exoskelett-baserade enheter har mer komplexa mönster med en mekanisk struktur som speglar benstommen i lem, så en rörelse av enhetens gemensamma producerar samma rörelse på patientens lem7,9.
Den T-WREX är ett exoskelett-baserad robot som hjälper hela armrörelser (skuldra, armbåge, underarm, handled och fingerrörelser). Den justerbara mekanisk arm tillåter varierande nivåer av gravitation stöd, gör det möjligt för patienter som har vissa kvarstående övre extremiteterna funktion för att uppnå ett större aktivt rörelseomfång i en tredimensionella rumsliga terapi7,9. Den MIT-MANUS är en slut-effektor-typ robot som fungerar i en enda plan (x- och y-axeln) och tillåter en tvådimensionell vikt kompenseras terapi, medhjälpande axel och armbåge rörelser genom att flytta patientens hand i horisontella eller vertikala plan9 , 10. båda robotarna har inbyggda ståndpunkt sensorer som kan kvantifiera övre extremiteten motorstyrning och återhämtning och ett gränssnitt för dator integration som tillåter 1) utbildning av meningsfulla funktionella uppgifter simulerat i en virtuell inlärningsmiljö och 2) terapeutisk övning spel, som hjälpa öva av motor planering, öga-hand samordning, uppmärksamhet och synfältet defekter eller försummar7,9. De också tillåter för kompensation av gravitationen påverkan på övre extremiteten och klarar av att erbjuda stöd och hjälp till repetitiva och stereotypa rörelser i patienter med kraftigt nedsatt. Detta minskar successivt bistånd som ämnet förbättrar och tillämpas minimalt stöd eller motstånd på rörlighet för patienter med milt nedsatt9,11.
En annan ny teknik för neurorehabilitering är transkraniell likström stimulering (TDC). TDC är en icke-invasiv hjärnan stimulering teknik som inducerar kortikala upphetsning ändringar med hjälp av låg amplitud rikta strömmar tillämpas via hårbotten elektroder12,13. Beroende på polariteten av strömflödet, kan hjärnan retbarhet ökas genom anodal stimulering eller minskade med katodal stimulering2.
Nyligen har det varit ökat intresse för TDC, som det har visat sig ha positiva effekter på en rad olika sjukdomar som stroke, epilepsi, Parkinsons sjukdom, Alzheimers sjukdom, fibromyalgi, psykiska störningar som depression, affektiva sjukdomar och schizofreni2. TDC har vissa fördelar, såsom dess relativt låg kostnad, användarvänlighet, säkerhet, och sällsynta biverkningar14. TDC är också en smärtfri metod och tillförlitligt kan förblindas i kliniska prövningar har en sham läge13. TDC är sannolikt inte optimalt för funktionell återhämtning på egen hand. men visar det ökad löfte som en associerad terapi i rehabilitering, eftersom det förbättrar hjärnans plasticitet15.
I detta protokoll visar vi kombinerade robot-assisterad terapi (med två state-of-the-art robotar) och icke-invasiv neuromodulation med TDC som en metod för att förbättra resultaten av rehabilitering, utöver konventionell sjukgymnastik. De flesta studier som inbegriper robotic terapier eller TDC har använt dem som isolerade tekniker, och några har kombinerat båda, vilket kan förstärka de positiva effekterna bortom varje ingripande som ensam. Dessa mindre studier visat en möjligt synergistisk effekt mellan de två förfarandena, med förbättrad motorisk återhämtning och funktionella förmåga8,15,16,17,18, 19. Därför kan nya multimodala terapier öka rörelse bortom de nuvarande möjligheterna.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Detta protokoll följer riktlinjerna i vår institutions mänskliga forskningsetisk kommitté.
1. TDC
- Kontraindikationer och särskilda överväganden
Obs: TDC är en säker teknik som skickar konstant och låg Rikta strömmen genom elektroderna, framkalla förändringar i neuronal excitabilitet i området stimuleras.- Innan Enhetsinställningar, bekräfta att patienten inte har några kontraindikationer till TDC, till exempel biverkningar av tidigare TDC behandling, inopererad hjärnan medicintekniska produkter eller förekomsten av metallimplantat i huvudet.
- Använda de följande inklusionskriterierna: subakut och kronisk strokepatienter med lätt till måttlig övre-extremitet hemipares. Andra Kontraindikationer inkluderar skallen defekter som kunde ändra intensitet och platsen för nuvarande flöde, och ämnen skall vara fri från instabila sjukdomstillstånd såsom okontrollerad epilepsi.
- Inspektera patientens hårbotten grundligt i kutana lesioner, akuta eller kroniska hudsjukdomar, nedskärningar eller andra inflammatoriska tecken. Undvika att placera elektroderna och stimulera områden med sådana lesioner som en säkerhetsåtgärd.
- Material för TDC
- Kontrollera om följande visas material är tillgänglig (figur 1) innan du startar proceduren: TDC stimulator enhet, 9 V batteri, 2 ledande elektroder, 2 svamp elektroder, kablar, 2 gummiband huvud (eller Velcro band, icke-ledande remmar) , natriumklorid (NaCl) lösning, måttband
- Mätningar
- Elektroden platser definieras vanligen som 10/20 EEG positioner, som beskrivs i en tidigare publikation20. Se till att motivet sitter bekvämt.
- Först lokalisera vertex (Cz).
- Mät avståndet från nasion (bron i näsan) eller skärningspunkten mellan pannbenet och två näsans ben till inion (yttre Nackknölen eller mest framträdande projektion av förhöjning), och markera 50% av denna längd. Markera denna preliminära Cz plats som en linje, med antingen ett olja penna eller giftfritt vatten-baserade markör.
- Mäta vänster och höger före auricular punkter avståndet (dvs. området anterior tragus). Dela detta avstånd i hälften och markera den beräkna punkten med en linje.
- Anslut båda rader för att skapa ett kors. Skärningspunkten mellan båda linjer motsvarar vertex (Cz) (figur 2).
- Identifiera målplatsen på huvudet.
Obs: Anodal stimulering ökar kortikala retbarhet i stimulerad hjärnvävnaden, medan katodal stimulering minskar den. Tidigare studier har använt anodal stimulering på bort halvklotet eller katodal stimulering på contralesional halvklotet för att minska kortikala upphetsning i opåverkade motoriska cortex och öka det i drabbade motor cortex. I detta protokoll, kommer vi att beskriva både bihemispheric stimulering (med både anodal och katodal stimulering i samma session) och anodal stimulering över primära motoriska cortex.- Leta upp den primära motoriska cortexen (M1), Använd 20% av avståndet från Cz till vänster eller höger före auricular poängen (figur 3). Detta område bör motsvara det C3/C4 EEG-läget.
- Placera anoden över centrum av M1 motoriska cortex av den ipsilesional halvklotet och katoden över kontralateral supraorbital regionen (Fp) (figur 3).
- Alternativt placera anoden över centrum av M1 motoriska cortex av den ipsilesional halvklotet och katoden över contralesional M1. M1 positionerna för TDC elektroderna är belägna vid kanaler C3 och C4 (figur 3).
- Hud förberedelse
- Inspektera huden och undvika stimulerande över sår eller skadad hud.
- Flytta håret bort från platsen för stimulering att förbättra konduktans. Ren ytan på huden, ta bort några tecken på lotion och gel. För patienter med tjockare hår, kan det vara nödvändigt att använda ledande gel.
- Inställning av elektrod placering och enheten20
- Efter förbereder huden och lokalisera webbplatsen stimulering, placera en huvud rem under inion, runt huvudomfång. Ge huvudet remmar av oledande och icke absorberande material såsom elastisk, Velcro eller gummi remmar.
- Blötlägg svampar med saltlösning. För en 35 cm2 svamp, kan cirka 6 mL lösning per sida räcka. Undvik oversoaking svampen. Undvik att producera vätska läcker över motivet. Om det behövs, Använd en spruta för att lägga till mer lösning.
- Anslut kablarna till TDC enheten. Kontrollera polariteten av kablarna är korrekt, eftersom effekterna av TDC är polaritet-specifika (så standardiserade: röd motsvarar anod elektroden och svart eller blå motsvarar Katodelektrod).
- Infoga kontakt sladd stiftet ordentligt i den ledande gummi infällt.
- Infoga den ledande gummi infällt i svampen. Se till att den hela ledande gummi infällt täcks av svampen och att kontakten sladd PIN-koden inte är synlig.
- Placera den första svamp elektroden under huvudet bandet och säkerställa att överdriven vätska inte frigörs från svampen.
- Anslut båda elastiska huvud remmar, enligt elektrod montage planeras.
- Placera den andra svamp-elektroden på huvudet över området stimuleras, under det andra huvud spännbandet.
- Om det totala elektriska motståndet av elektroder och kroppen är hög, kan det indikera otillräcklig elektrod set-up. Vissa enheter ger motstånd mäta, som bör vara under 5 kΩ, idealiskt.
- Vissa enheter ger en kontinuerlig indikering av resistens under stimulering, som är ett bra sätt att upptäcka potentiellt farliga situationer (till exempel en torr elektrod). I sådana fall kan enheten finish eller minska intensiteten stimulering om motstånd ökar utöver en viss gräns.
- Stimulering
- Kontrollera att patienten är vaken, avslappnat och sitter bekvämt under förfarandet21.
- Justera TDC stimulator (intensitet, tid och sham tillstånd, om tillämpligt). I enlighet med tidigare studier, gäller likström i 20 minuter på en intensitet på 1 mA.
Obs: För sham intervention, nuvarande är vanligen tillämpas endast för de första 30 s att ge ämnet känslan av stimulering. Denna varaktighet har etablerats i flera studier som att vara effektiv i förblindar dem tilldelade intervention, utan stimulerande kortikala upphetsning22. - Initiera TDC stimulering. Starta strömflödet genom upprampning strömmen till undvika de mest negativa effekterna. Ramp upp görs automatiskt på vissa enheter, men om det inte är det, öka nuvarande långsamt under de första 30 s för att nå maximal programmerade nuvarande (i våra protokoll, upp till 1 mA).
- Efter start av elektrisk stimulering, kan vissa patienter uppfattar tillfälligt svag klåda förnimmelser, yrsel eller svindel. Detta kan undvikas genom rampning nuvarande upp och ner i början och slutet av varje session.
- I slutet av förfarandet, gradvis rampa strömmen för 30 s.
- Efter ingreppet
- För att registrera och utvärdera säkerheten för stimulering, be patienten att fylla i ett frågeformulär av vanliga biverkningar och deras intensitet efter förfarandet görs. Dessa kan omfatta hudirritation, illamående, huvudvärk, brännande förnimmelser, yrsel, stickningar eller andra obehag.
- Förklara för patienten att eventuella biverkningar är oftast av mild eller måttlig intensitet och oftast övergående.
- Efter TDC, hänvisa patienterna genomgå robotic terapi.
Obs: I nästa avsnitt av detta protokoll, kommer vi att beskriva användningen av de kommersiella versionerna av MIT-Manus och T-WREX.
2. robotic terapi med MIT-Manus
-
Positionering
Obs: Denna robot är en interaktiv robot för rehabilitering av övre extremiteten. Den utnyttjas i vår studie kan utbildning av handledsrörelse i horisontalplanet (plana).- Se till att motivet sitter i en bekväm och ergonomisk stol, säkrade genom fyra punkters säkerhetsbälte, och vetter mot videoskärmen.
- Kontrollera att en utbildad terapeut övervakar den robotic utbildningen.
- Placera den hand som kommer att omfattas av utbildning i handtaget av robotic handtaget. Justera båda remmarna runt motivets arm. Justera stödet på baksidan av armen så att det förblir stabil under träning.
- Placera den paretic övre extremiteten som anges: axeln i en 30° flexion, 90 armbågsflexion, underarmen i mitten av-liggande ställning, handleden i neutralläge.
- Under maskinens drift, kontrollera rörelsen i axeln leder och armbåge utbud är begränsat till ca 45°. Se till att armen är orörlig och handleden har rörelsefrihet. Rörelsen är möjligt i horisontalplanet (i alla möjliga riktningar).
-
Utbildning
- Antalet rörelser i ett robotic träningspass är variabel; Det är dock vanligt att utföra cirka 320 repetitioner i alla möjliga riktningar av ett plan inom ett samma plan.
- Videoskärmen visar ledtrådar uppgifter att ämnet behöver utföra och ger konstant feedback av placera av armen.
- Robotens mjukvara har flera terapeutiska motion spel för motorisk träning. Den visuell feedbacken består oftast av en gul boll att patienten måste flytta mellan mål. Andra utbildning scenarier är tillgängliga.
- Roboten kommer endast att hjälpa patienten vid behov. till exempel, om ämnet inte kan inse den tänkta rörelsen inom 2 s, maskinen hjälper slutföra sin rörelse. Om ämnet inte har tillräckligt finmotorik samordning att genomföra den planerade rörelsen, guidar roboten motivets arm för att utföra lämpliga rörelsen.
3. träning med MIT-Manus Arm
Obs: Denna robotic arm tillåter utbildning av armbåge flexion och förlängning, Axel utdragna och retraktion och axel interna och externa rotation på ett horisontalplan.
-
Positionering
- I MIT-MANUS armen, se till att motivet sitter bekvämt. Justera säkerhetsbälten. Ställning patientens höger eller vänster arm på robot och justera båda remmar.
- Justera höjden på robotens som behövs. Justera tabellhöjden efter behov.
- Om det finns något obehag eller smärta, tryck på nödstopp-knappen för att stänga av roboten omedelbart.
-
Utbildning
- Kalibrera maskinen genom att ställa föremål att röra sin arm i linje.
- Roboten kommer endast att hjälpa patienten vid behov. Till exempel, om ämnet inte kan inse den tänkta rörelsen inom 2 s, maskinen hjälper slutföra sin rörelse. Om ämnet inte har tillräckligt finmotorik samordning att genomföra den planerade rörelsen, guidar roboten motivets arm för att utföra lämpliga rörelsen.
Obs: Robotens mjukvara har flera terapeutiska motion spel för motorisk träning. Den visuell feedbacken består oftast av en gul boll att patienten måste flytta mellan mål. Andra utbildning scenarier är tillgängliga.
4. träning med T-WREX
-
Positionering
Obs: De T-WREX består av ett exoskelett som passar motivets arm och tillåter fri rörlighet av skuldra, armbåge och handled lederna i tredimensionella miljö.- Se till att motivet sitter i en bekväm och ergonomisk stol som vetter mot videoskärmen, som ger visuell och auditiv feedback i en virtuell verklighet, att hjälpa patienten uppnå sitt mål.
- Placera patienten sittande framför robotens huvudsakliga modul. Använda den medföljande fjärrkontrollen för att justera den Exoskeletts höjd. Justera robotens exoskelett arm till motsvarande sida av patientens lem som ska utbildas (antingen vänster eller höger).
- Lämna ca 4 fingrar av höjd över axeln.
- Justera patientens lem in exoskelett, justera banden på arm och underarmen.
- Justera längden på den Exoskeletts arm och underarm med detta, samt den vikt (gravitation) ersättningen krävs för arm (A-I) och underarm (A till E). Den består av en linjär skala av gravitation stöd, där A har inget stöd för gravitation.
- Mata in dessa mätningar till datorn.
- Innan du börjar utbildningen, justera och kalibrera motion gränsvärden av robot, enligt patientens kapacitet.
- För att testa kalibrerad rörelseomfång, be patienten att flytta kuben i alla riktningar på skärmen.
-
Utbildning
- I varje session, har den enskilde utför ca 72 upprepningar av rörelsen mot olika funktionella mål (T-WREX träningen vanligtvis varar ca 60 min).
- Mellan varje rörelse, kan en 10-sekunders-intervall för att förebygga utmattning. Den 72 repetitioner är uppdelade i 3 block 24 rörelser varje. Tillåta ett intervall på 5 min mellan varje block med 24 rörelser.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Icke-invasiv hjärnstimulering med TDC har nyligen väckt intresse på grund av dess neuroplastic effekter, jämförelsevis billig utrustning, användarvänlighet och några biverkningar22. Studier har visat att neuromodulation av TDC har potential att modulera kortikala retbarhet och plasticitet, därigenom främja förbättringar i motor prestanda genom synaptisk plasticitet genom att stimulera den primära motoriska cortex4. Anodal stimulering ökar kortikala upphetsning genom att underlätta depolarisation av nervceller i den primära motoriska cortex området, medan katodal stimulering hyperpolarizes vilande membranpotentialen och minskar neuronal bränning, vilket minskar interhemispheric hämning från contralesional primära motoriska cortex. Dubbla TDC kombinerar dessa två montage genom att underlätta aktivitet i området ipsilesional och hämma den contralesional halvklot12,23.
Tidigare studier har rapporterat elektrofysiologiska effekter av TDC varar upp till 90 min och beteendemässiga effekter varar upp till 30 min, efter en enda 20 min TDC session (figur 4)24,32. Bevisen är fortfarande kontroversiell, eftersom dessa positiva fynd inte överensstämmer. Lindenberg o.a. 25 hittade funktionella motoriska förbättring efter bihemispheric stimulering som outlasted interventionsperioden (figur 5), och en metaanalys Publicerad 2012 föreslog att användningen av icke-invasiv hjärnan stimulering som TMS och Repetitive TMS associerades med förbättringar i motorisk återhämtning, både individuellt och när jämfört placebo stimulering2. En experimentell studie av Fusco o.a. 26 hittade ingen funktionell förbättring för katodal TDC i tidiga faser av stroke; dock Fregni o.a. 13 tyckte att båda isolerade katodal eller anodal (men inte simulerade) stimulering förbättrad motorisk funktion betydligt. Dessa kontroversiella slutsatser är förmodligen på grund av heterogenitet patientkaraktäristika (dvs akut vs kronisk strokepatienter, mild vs. svåra motoriska funktionsnedsättningar) och stimulering egenskaper (dvs. antal TDC sessioner, sessionslängd, anodal vs. katodal vs. dual stimulering).
Bevisen för robotic terapi rehabilitering är mer framträdande, visar tydliga stegvisa minskningar av motor nedskrivningar27. Dock på grund av det stora antalet tillverkare och flera typer av robotic enheter har varje maskin unika egenskaper, egenskaper och begränsningar. American Heart Association föreslår att robot-assisterad terapi för övre extremiteter har uppnått klass I nivå av bevis för strokepatienter i öppenvården och klass IIa i slutenvård inställningar1. En genomgång av 19 studier och 666 patienter fann att försökspersoner som fick robot-assisterad arm träning efter stroke var mer benägna att Visa förbättringar i dagliga levande aktiviteter och paretic arm funktion6. En enkelblind studie fann att barn med cerebral förlamning förbättrats avsevärt i åtgärder av fingerfärdighet jämfört med kontroll grupp28, medan Timmermans o.a. 29 fann att kronisk strokepatienter visade signifikanta förbättringar i uppgiftsorienterade arm utbildning som upprätthölls i 6 månader efter intervention. Dessutom en multicenter randomiserad kontrollerad studie fann att kronisk strokepatienter med måttlig till svår övre-lem nedskrivningar visade signifikanta men blygsamma förbättringar arm funktion, rörelse och livskvalitet åtgärder efter robotic utbildning under perioden 36-veckors studie jämfört med standarden på vård men inte intensiv sjukgymnastik patienter (figur 6)5.
Medan prövningar av Neurorehabilitering med TDC eller robotic terapi har utförts, har få utförts kombinerar dessa behandlingar. Hesse m.fl. 16 utfört en inledande pilotstudie och fann att anodal TDC till drabbade halvklotet kombinerat med robot-assisterad arm träning orsakat några betydande förbättringar i motorisk funktion i subakut strokepatienter. En annan studie av Ochi o.a. 19 visade att både anodal TDC till den drabbade halvklotet och katodal stimulering till opåverkad halvklotet kunde uppnå en begränsad men liknande storleksordning motorisk förbättring. Slutligen, Edwards et al. 18 hittade att förbättringar i kortikala upphetsning och minskad kortikala hämning i aktiva grupper av TDC plus robot behandlingen resulterat i större vinster på motorisk funktion.
Senaste forskningen tyder på att sekvensen stimulans är viktigt för att förbättra funktion. Giacobbe o.a. 15 utvärderas dimensionen av timing i kombinerade robotic terapi med TDC för handleden rehabilitering i kronisk strokepatienter och fann att handleden rörelsehastighet och smidighet (> 15%) hade förbättrats när TDC levererades före en 20 min session Robotic utbildning men inte när levereras under eller efter utbildning (figur 7). Dessa resultat kontrast med andra studier som funnit att samtidiga arbetsterapi och TDC leda till betydande förbättringar av motor31. Slutligen, Svensson m.fl. 31 fann att användningen av samtidiga katodal TDC och arbetsterapi resulterade i signifikant högre förändringar av motorisk återhämtning jämfört med behandling med sham stimulering (figur 8).
Figur 1 : Material för TDC. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2 : Vertex position. Kortikala områden markeras enligt 10/20 system. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3 : Motoriska cortex position. Kortikala områden markeras enligt 10/20 system. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4 : Elektrofysiologiska effekterna av en enda TDC session. Efter en enda TDC session 20 min., kan elektrofysiologiska effekter senast upp till 90 min, och beteendemässiga effekter upp till 30 min efter stimulering. Särtryck ur Nitsche et al. 32, med tillstånd från Springer natur. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5 : Förändringar i primära och sekundära utfall under perioden 36-veckors studie jämfört med baseline. Lo et al. 5 hittade signifikanta men blygsamma förbättringar i arm funktion, rörelse och livskvalitet efter robot utbildning. Denna siffra är omtryckt med tillåtelse från Massachusetts Medical Society5. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6 : Förändringar i motor njurfunktion noter och fMRI lateralitet index. Lindenberg o.a. 25 hittade funktionella förändringar i motor njurfunktion noter och förbättrad funktion i de drabbade extremiteterna efter bihemispheric TDC. Särtryck ur Lindenberg et al. med tillstånd från Lippincott Williams & Wilkins25. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7 : Effekt av intervention typ på motorprestanda kinematik. Giacobbe o.a. 15 hittade att TDC levereras före robotic terapi förbättrades handledsrörelser och jämnhet. Särtryck ur Giacobbe et al. 15 med tillstånd från IOS Press. Publikationen finns på IOS Press genom 10.3233/NRE-130927 vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 8 : Effekt av katodal TDC plus arbetsterapi31 . Samtidiga TDC och arbetsterapi resulterade i avsevärt högre förändringar (*) av motorisk förbättring. Särtryck urSvensson et al. 31 med tillstånd från IOS Press. Publikationen finns på IOS Press genom 10.3233/RNN-2011-0612 vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I detta protokoll beskriver vi en standardbehandling protokoll för kombinerade TDC stimulering är associerad och robotliknande terapi, används som ett komplement till konventionell rehabiliteringsprogram för patienter med arm funktionsnedsättningar. Protokollets mål är att förbättra motorik och rörlighet. Det är viktigt att observera den ramp på och rampning av TDC maskinen för att undvika varje risk för biverkningar. TDC är en säker teknik med få biverkningar som beskrivs i litteratur2.
Protokollet kan ändras på mindre sätt. Tidigare rapporter i litteraturen beskriver TDC tillämpas före, under eller efter Finmotorisk träning (antingen med robotar eller mänsklig hjälp). I våra protokoll beskrev vi en 20 min session av TDC omedelbart följt av robotic terapi. Vissa studier har funnit bättre resultat för samtidiga TDC och robotliknande utbildning.
Efter en stroke, baserat på interhemispheric konkurrens modell, föreslås motor underskott för att bero delvis på minskat produktionen från primära motoriska cortex (M1) av den skadada hjärnhalvan och ökat hämmande inflytande från contralesional M1 halvklotet. I detta protokoll, vi valt anodal stimulering av lesionell M1 och beskrivs möjligheten att bihemispheric stimulering. Anodal TDC stimulering ökar kortikala retbarhet av skadade M1, medan katodal stimulering minskar kortikala upphetsning i intakt M1; dock skulle dubbla tillämpningen av TDC rikta dessa båda områden samtidigt. Andra protokoll också välja en bihemispheric stimulering, som vissa studier har rapporterat större motorik vinster18,25.
Tidigare studier har utvärderat engångsdos eller några sessioner av TDC för neurorehabilitering, med kortsiktiga efterverkningar som varar upp till 90 min efter en 20-30 min stimulering session. Upprepade sessioner kan ha en större varaktighet och omfattningen av effekter genom att inducera en mer betydande manipulation i synaptic effekt och större omfattningen av effekter, som fysisk rehabilitering för rörelsestörningar är vanligtvis en lång process. Det finns ett samförstånd, dock att TDC för varaktig motor förbättringar, företrädesvis bör utföras i samband med utbildning30.
Robotic terapi är associerad med icke-invasiv hjärnstimulering är fortfarande inte ännu allmänt tillgänglig, på grund av de höga kostnaderna för robotic terapi. De flesta robotar, är dock fortfarande kostnad oöverkomliga till många rehabilitering, vilket leder till begränsad användning. Kostnaden för robotteknik kan minska i framtiden i motsats till kostnaderna för mänskligt arbete och kostnadseffektivitet som en fördel med robotic terapi är möjligt7. Detta protokoll är intressant eftersom fysisk rehabilitering med robotic terapier har visat mycket lovande i att vara ett komplement till konventionell behandling, så att både slutenvårdstillfällen och öppenvårdspatienter att utföra fler repetitiva aktiviteter med högre intensitet och för längre perioder, vilket resulterar i en optimal rehabiliteringsprogram. Andra fördelar inkluderar omedelbar feedback och objektiva mätningar av kinematik och dynamik av rörelse-prestanda som är möjligt efter varje träningspass, hjälper till att bibehålla patientens motivation för aktiva deltagande.
Kombinationen av TDC och fysisk rehabilitering med hjälp av robotar kan förstärka effekterna av antingen intervention används ensamt, vilket resulterar i ytterligare motor vinster för patienterna. Kombinationen av robot-utbildning perifer sensorimotorisk aktiviteter som ger ökad sensorisk feedback till cortex tillsammans med moduleringen av kortikala upphetsning på grund av TDC kan resultera i ett mer positivt resultat, på grund av synaptisk plasticitet. Bevisen för denna kombinatoriska strategi är lovande, men fortfarande begränsade och ofullständiga, jämfört med behandlingarna när de tillämpas individuellt. Fler studier behövs för att ytterligare undersöka de synergier och eventuella ytterligare effekter av den kombinerade behandlingen, såsom det optimala antalet sessioner och tidpunkten för varje behandling och om TDC bör tillämpas före, under eller efter rehabilitering aktiviteter till effekt funktionella resultat.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar att de har inga konkurrerande finansiella intressen.
Acknowledgments
Författarna vill tacka Spaulding laboratorium av Neuromodulation och Instituto de Reabilitação Lucy Montoro för deras generösa stöd på detta projekt.
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).
