Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Hayalet bacak ağrısı için ayna tedavisi ile ilişkili sinirsel ilişkilendirir karakterizasyonu için bir MRI gerçek zamanlı Video projeksiyon

Published: April 20, 2019 doi: 10.3791/58800
Automatic Translation
1,2, 1,3, 4, 1, 5, 1, 6, 7,8, 4, 1
1Laboratory of Neuromodulation & Center for Clinical Research Learning, Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Harvard Medical School, Spaulding Rehabilitation Hospital, 2University of Chicago Medical Center, Department of Neurology, University of Chicago, 3Department of Neuroscience and Behavior, Psychology Institute, University of Sao Paulo, 4The Laboratory for Visual Neuroplasticity, Department of Ophthalmology, Massachusetts Eye and Ear Infirmary, Harvard Medical School, 5Center for Biomedical Imaging, Department of Anatomy and Neurobiology, Boston University School of Medicine, 6Spaulding Rehabilitation Hospital, Harvard Medical School, 7Department of Psychology & Milan Center for Neuroscience, University of Milano-Bicocca, 8Neuropsychological Laboratory, Istituto di Ricovero e Cura a Carattere Scientifico (IRCCS) Istituto Auxologico Italiano

Summary

Biz bir roman mevcut davranışsal kombine ve beyin görüntüleme iletişim kuralı manyetik rezonans görüntüleme tarayıcı ortamında bacak içinde ayna tedavisi ile ilişkili sinirsel ilişkilendirir karakterize amacıyla istihdam gerçek zamanlı video projeksiyon Hayalet bacak ağrısı ile amputee hedefler.

Abstract

Ayna terapisi (MT) amputees Hayalet bacak ağrısı (PIP) ile ağrı belirtileri hafifletmek için etkili bir rehabilitasyon strateji olarak teklif edildi. Ancak, MT tedavisiyle ilişkili sinirsel ilişkilendirir kurulması zorlu verilen bu terapi bir manyetik rezonans görüntüleme (MRG) tarayıcı ortamında etkin bir şekilde yönetmek zor. Kortikal bölgelerde rehabilitasyon bu strateji ile ilişkili işlevsel organizasyonu karakterize etmek bir bacak amputasyonu katılımcılarıyla uygulanabilen bir kombine davranışsal ve fonksiyonel beyin görüntüleme Protokolü geliştirdik. Bu yeni yaklaşımın bir kamera tarafından çekilen gerçek zamanlı video görüntüleri görüntüleyerek MRI tarayıcı ortamında MT geçmesi katılımcılar sağlar. Görüntüleri aynalar ve katılımcı tarayıcı yatakta yatıyordu süre kez bir monitör sistemi aracılığıyla katılımcı tarafından görüntülenebilir. Bu şekilde, kortikal alanlarda ilginç (e.g., sensorimotor korteks) işlev değişiklikleri yanıt MT. doğrudan uygulanması olarak karakterize edilebilir

Introduction

PIP eksik bacak postamputation1,2için karşılık gelen alanı içinde algılanan acı hissi anlamına gelir. Bu durum önemli bir kronik sağlık yük ve bireyin yaşam kalitesini3,4üzerinde dramatik bir etkisi olabilir. Beyin yapısı ve işlevi geliştirme ve neuropathophysiology PIP5,6temel bir rol oynar sürülmüştür. Ancak, temel sinir ilişkilendirir nasıl ağrısı belirtileri geliştirmek ve nasıl onlar tedaviye yanıt hafifletti bilinmeyen kalır. Bu bilgiler çoğunlukla teknik zorluklar ve MRI5,7,8 gibi bir beyin görüntüleme ortamı kısıtları içinde belirli bir tedavi yaklaşımı gerçekleştirme ile ilgili sınırlamalar nedeniyle olmaması .

Çalışmalar bir dizi sonuçlarından uyumsuz neuroplastic yeniden yapılanma içinde sensorimotor cortices yanı sıra beynin diğer alanlarda meydana gelen PLP gelişimine özniteliği. Örneğin, bir ekstremite amputasyonu olmadığını bir kayma alanlarda komşu karşılık gelen sensorimotor kortikal temsilciliği gösterilmiştir. Sonuç olarak, komşu alanlarda Görünüşe göre takma bacak9,10' a karşılık gelen için kullanılan bölgeleri işgal başlar. PIP ile ilişkili ağrısı belirtileri hafifletmek için MT ya da motor görüntü gibi tedaviler etkili9,11,12olabilir. Bu belirtiler yoksullukla mücadele putatively afferent girişleri, gözlem nonaffected bacak12,13ayna yansıyan görüntülerin tarafından sağlanan çapraz kalıcı yeniden kurulması yoluyla oluşur önerilmektedir, 14,15,16,17. Bu resimlerle katılımcılar böylece her iki bacaklarda kalır bir yanılsama yaratmak yerine bacağı, bir ters uzuv yansıma görselleştirmek edebiliyoruz. Yanılsama ve sürükleyici etkileri daha önce Diers ve ark. tarafından fonksiyonel aktivasyon fonksiyonel MRI (fMRI) ile karşılaştırılması bir görev bir ortak ayna kutusu veya sanal gerçeklik geçiyor sonra değerlendirildi sağlıklı bireylerde incelenmiştir 18. ancak, uyumsuz neuroplastic değişikliklerin iptali ve belirtilerin azaltılması ile ilgili sinir ilişkilendirir kötü anlaşılır kalır. Ayrıca, gibi tartışmalı bulgular ortaya5olmuştur iken açık temel Fizyopatolojik değişiklik PLP gelişimi arkasında hala eksik olarak aydınlatılmamıştır PLP temel mekanizması bir konu araştırma kalır, 19. Yukarıda belirtildiği gibi birden çok yazar acı gelişimi özellik deafferentation ve etkilenen beyin alan (alan takma bacak)6,7,8kortikal düzenlenmesi; Ancak, sonuçlar Makin ve ağrı varlığı beyin yapısı korunması ile ilişkilidir ve acı bir azaltma Bölgelerarası fonksiyonel bağlantı19' a atfedilen işbirlikçileri tarafından tarif edildi. Burada sunulan yeni yaklaşımın PLP çalışma için ek ilgili bilgi getirecek ve MT etkileri beyin derecesi ile canlı bir ortamda değerlendirmek bilim adamları sağlayacak bu tartışmalı görünümünde ve bulgular karşısında, inanıyoruz onları bizim tam protokolü19' değerlendirildi ağrı düzeyleri ile karşılaştırma sırasında harekete geçirmek.

Bu konuda önceki edebiyat MT PLP tedavisi kolay uygulama ve düşük maliyeti12için en uygun davranış terapileri biri olduğunu göstermiştir. Aslında, bu tekniğin önceki çalışmalarda Primer sensorimotor korteks içinde uyumsuz değişiklikleri ters kanıtı amputees PLP8,20,21ile göstermiştir. MT belki biri PLP12,22,23,24tedavisi için en ucuz ve en etkili yaklaşım olmasına rağmen daha fazla çalışmalar bazı hastalar yapmak beri bu efektleri onaylamak için ihtiyaç vardır Bu tür tedavi8 yanıt ve yüksek-kanıta dayalı sonuçlar25sağlamak daha büyük randomize klinik çalışmalarda bir eksikliği olduğunu.

Bir-in hangi-ebilmek azaltmak MT PLP hipotezler değil kesilmiş vücut parçası ayna görüntüsünü yeniden düzenlemek ve proprioception ve görsel geribildirim26arasında uyumsuzluk entegre yardımcı olur aslında ilgilidir. MT temel mekanizmaları somatosensor8,27,28uyumsuz eşleme reversion ile ilişkili olabilir.

MT için konular böylece canlı ve hassas oluştururken bu etki bir ayna katılımcının vücut, orta çizgi içinde yer alan kesilmediğini gözleyerek onların sağlam ekstremite (örneğin, fleksiyon ve uzantısı) kullanarak çeşitli motor ve duyusal görevleri gerçekleştirmek için gerekli olan takma bacak29alanı içinde hareket gösterimi.

Daha fazla patofizyolojisi yönleri bilimsel anlayış geliştirmek için fiş boşaltmaya karışan PLP, bu temel neuroplastic değişiklikleri bu sonucu uzuv amputasyon yanı sıra ağrı yakınması MT. tarafından sağlanan iyileşme daha iyi karakterize etmek çok önemlidir Bu bağlamda, fMRI gibi beyin görüntüleme teknikleri ile kortikal yeniden yapılanma ilişkili Etyopatogenezi mekanizmaları aydınlatmak yardım için güçlü araçlar olarak ortaya çıkmıştır ve rehabilitasyon olan bireylerin PLP içinde en iyi duruma getirme yönünde ipuçları sağlayabilir Klinik bağlam30,31. Ayrıca, yüksek Uzaysal çözünürlük tanınan tarafından fMRI (karşılaştırıldığında için örnek elektroansefalografi) bırakmak için parmak ve basamak temsilcilikleri ile birlikte diğer bölgelerinde sensorimotor korteks gibi beyin tepkilerin daha doğru eşleme beyin32.

Bugüne kadar MT ile ilişkili nörofizyoloji tarayıcı ortamında yordamı yerine getiren büyük ölçüde zorlukları nedeniyle zor kalır (yani, zor bir birey için tarayıcıda yalan sırasında tedavi gerçekleştirmek için). Burada, bireyin kendi bacak hareketi gözlemlemek sağlar bir yöntemi açıklamak içinde yalancı sırtüstü tarayıcı dar sınırları içinde iken gerçek zamanlı delik. Tedavisi ile elde edildi canlı ve üstün duyu doğru bir rekreasyon hareketli bacak ve aynalar ve doğrudan çalışma katılımcı tarafından görüntülenebilir bir monitör sistemi gerçek zamanlı görüntülerini yakalar bir video kamera ile yeniden oluşturulabilir.

Son çalışmalar teknikleri video kaydı, sanal gerçeklik ve önceden kaydedilmiş animasyonlar gibi görsel uyarıcı sunmak ve bu teknik sorunlar9,16,33 aşmak için araç olarak dahil için çalıştılar ,34. Ancak, bu teknikler onların etkinliğini35,36,37,38,39sınırlı sahip. Önceden kaydedilmiş bir video kullanarak özel durumda katılımcıların hareketleri ve video gibi bir zavallı gerçekçi izlenim uzaklaşan zamanlama doğruluk eksikliği tarafından sağlanan olanlar arasında sık sık yoksul bir eşitleme işte bu bireyin kendi bacak hareket ediyor. Bu anlamda sensorimotor daldırma geliştirmek için sanal gerçeklik ve sayısallaştırılmış animasyonlar, gibi diğer teknikleri kurulması denenen. Henüz, bir düşük görüntü çözünürlüğü, sınırlı görüş alanı, gerçek dışı veya nonnatural insan benzeri hareketleri ve hareket gecikme varlığı nedeniyle görsel olarak ikna edici duyumlar üretmek başarısız oldu (yani, hareket desynchronization). Ayrıca, kötü kontrol üzerinde sürtünme, ivme ve yerçekimi, etkileri gibi diğer özellikleri ile birlikte doğru bir modelleme eksikliği bir canlı ve üstün hissediyorum40algı engeller. Bu nedenle, amputees için keşfetmek için değer konular bilişsel görev (gözlem) nişanlı ve sürükleyici bir yanılgı olarak kesilmiş sağlamak için stratejiler uzuv hareketi. Son olarak, bu karmaşık stratejiler uygulama ve geliştirme için gerekli kaynakları zaman alıcı ve/veya engelleyici maliyeti.

Biz inandığımız bir oturum MT31gerçekleştirirken sayede katılımcı bir canlı ve gerçek zamanlı görebilirsiniz video ve kendi bacak öngörülen bir görüntüsünü daldırma, gerçekçi ve canlı duygusu oluşturur Yeni bir yaklaşım açıklar. Süre bireysel inceden inceye gözden geçirmek geçişli yalan söylüyor ve önemli maliyetler veya kapsamlı teknik geliştirme bu yaklaşım gerçekleştirilir.

Bu iletişim kuralı bir ulusal kurumları Sağlık (NIH) Araştırma Proje desteği (RO1) bir parçasıdır-bir neuromodulatory tekniği, yani Transkraniyal doğru akım stimülasyon (tDCS), kombinasyonu etkilerini değerlendiren klinik ile sponsorluğunda bir davranışçı terapi (tedavi ayna) Hayalet bacak ağrısı31rahatlatmak için. Ağrı, taban çizgisi, önce ve sonra her müdahale için görsel analog ölçek (VAS) değişiklikleri değerlendirin. fMRI neurophysiologic bir araç olarak beyin işlev yapısal değişiklikler ve onun korelasyon PLP kabartmalı değerlendirmek için kullanılır. Bu nedenle, ilk fMRI de kortikal uyumsuz reorganizasyon5,6,8 olduğunu göstereceğiz katılımcının beyin yapısal organizasyonu temel Haritası için elde edilir , 11 , 13 , 14 , 18 , 28 veya19değil; aynı şekilde, bilim adamı hangi alanlarda temel görev MT ile adlı alanları harekete geçirmek yanıt-e doğru MT anlamak için aktif hale gelir gözlemleyebilirsiniz; son olarak, ikinci bir fMRI postintervention değişiklikler (modülasyon) kortikal reorganizasyon sonra kombine tedavi ile tDCS ve MT içinde oluşturulan Eğer görmek için ve bu değişiklikler ilişkili veya derecesi ile ilişkili çözümlemek için elde etmek mümkündür ağrı değişti. Bu nedenle, bu iletişim kuralı PLPs olan hastalarda yapısal yeniden yapılanma değişiklikleri sırasında MT değerlendirmek bilim adamları sağlar ve aynı zamanda onları fMRI içinde görülen bu değişiklikleri PLP, bu nedenle üzerinde ek ayrıntıları sağlayan değişiklikler ile ilişkili olup olmadığını anlamak için yardımcı olur nasıl MT Fantom ağrısı değiştirmek için beyin yapısal ve işlevsel faaliyet etkiler.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. konu hazırlanması

  1. Katılım önce onay formunu tamamlamak katılımcı var ve değerlendirme eleme bir MRI emniyet ikinci katılımcı için bilinen herhangi bir kontrendikasyonlar yok emin olmak için tarama tesisinde Nörogörüntüleme teknisyen tarafından yürütülen Taranan (örneğin, metal onların beden, klostrofobi veya gebelik öyküsü).
  2. Katılımcı deneysel bir işlem ile ilgili ayrıntılı yönergeler sağlar.
  3. Tarama işlemi sırasında sağlanan yönergeleri izleyin ve anlamak mümkün sağlamak için öğretim bir ses dinlemek konu var.
  4. Bir uygulama tarayıcı ortamında görev yönergelerini alışma kolaylaştırmak için sahte bir tarayıcı çalıştırmak yerine getirir.
    Not: Sahte tarayıcı MRG gerçek veri edinme inceden inceye gözden geçirmek ama etkin mıknatıs her yönden benzer.
  5. Herhangi bir kasılma ile beyin sinyal engelleyebilir güdük kasların önlemek için kalan ve Hayalet bacak hareketleri önlemek için katılımcıya açık bilgiler vermek.

2. deneme hazırlanması

Not: Deneysel protokol ne daha önce üst ekstremitelerin hareket zihinsel görüntü ile ilişkili sinirsel ilişkilendirir araştırılması amacıyla tarif edilmiştir için benzer. Burada, hareket alt ekstremite için yaklaşım adapte olması. Özellikle, davranışsal görevleri aşağıdakilerden oluşur.

  1. Tarayıcı Oda girmeden önce onların protez ve metal nesneleri kaldırmak için Katılımcı sormak.
  2. Emin olun MRI teknisyeni var katılımcı Bu risk altında onları koymak olabilir kendi vücudunda hiç metal sahiptir.
  3. MRG odasına katılımcı bir MRI uyumlu tekerlekli sandalyede taşımacılığı için; Bundan sonra kendilerini MRI tarayıcı yatağa aktarmak için Katılımcı sormak.
  4. MT için konforlu bir tek parça, Mr uyumlu, Yatay Ayna (10.000 x 255 x 3 mm) tarayıcı yatakta sırtüstü yatıyordu ise katılımcı bacaklarının arasına üçgen bir stand tarafından desteklenen yerleştirin. Kum torbalarının istikrar ve ayna daha iyi konumlandırma izin vermek için kullanın. Bu herhangi bir uzuv / organ ( şekil 1) ile bağlantı kurmadan hedefin yükseklik uygun olarak konumlandırılmış ve konumlandırma olabilir ayna stand bir kol için ekleyin.

Figure 1
Resim 1 : Video kamera ve yansıtma yukarı ayarlamak Ayna katılımcının yükseklik ve amputasyon düzeyine bağlı olarak, yaklaşık 45 ° açılı bacaklarının arasına yerleştirilir. Artık bacak kapak ve video sistemleri için görünmez yapmak için hedeftir. Kum torbalarının aynaya doğru konumda tutmak için kullanılır. Kamera konumlandırma da uyarlanabilir ve tripod veya (kamera açısını değiştirir) uyarlanabilir hock kullanılarak kolayca değiştirilebilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

  1. Görsel geribildirim için bir MRI uyumlu dijital kamera sağlam bacak katılımcının ( şekil 1) yakınındaki bir ayarlanabilir tripod stand bağlama.
    Not: kamera kullanılan Malzemeler tablo ve maliyeti yaklaşık 217 USD listelenir. Kamera görüntüleri 1080 piksel görüntü çözünürlüğü satın aldı. Kameranın kendisini değil yerleştirildi bu yana Mr'ı içine delik, costlier Mr uyumlu sistemler için bir ihtiyaç değil. Kamera bir MRI güvenli IV kutup konumlandırma değişikliklerini etkinleştirmek için bir boynu modüler hortum aracılığıyla bağlı olduğu.
  2. Kameranın görüş açısı ve görüş alanı uygun uyum sağlayan bir tripod için ekleyin.
  3. Katılımcının monitörde doğrudan tarayıcı içinde tamamen yalan sırasında sunulan resmi görmek izin yer Mr kafa bobin üzerinde ikinci bir ayna ( Şekil 2) delik.

Figure 2
Resim 2 : Video kamera ve görüntü projeksiyon tarayıcı ortamında şematik. Ayna terapisi sisteminin gerçek zamanlı video projeksiyon üç alt sistemleri oluşur. 1) kamera ve İzleyicisi alt sistemi. Konu ayna ve bacak bacak hareketleri gerçek zamanlı olarak izleyebilirsiniz videoyu izlemek için iletilir. 2) bağlı yansıtma ile baş bobin. Baş bobin aynaya kafalarını oynatmadan monitör izlemek katılımcı sağlar. Göz hizasında bir 45 ° açıyla aynasıdır. 3) ayna ve kum torbası. Mr uyumlu aynaya dikkatlice bacak ve bu kalıntı uzuv kapsar ve için en iyi sağlayan bir şekilde artık bacak arasında yerleştirilen görüntü almak için. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

  1. Tarayıcının arkasında bir monitöre yerleştirilen proje (Katılımcı başı) delik ve gerçek zamanlı video görüntüsü iletim bilgisayar kontrollü bir sistem üzerinden gönderilmek üzere ayarlanmış.
    Not: Projeksiyon ve yakalanan fiili hareketi arasında algılanabilir hiçbir gecikme yoktur. Gerçek hareket ve görsel geribildirimin gerçek zamanlı duygu engel yok daha az bir saniye katılımcılar tarafından belirtildiği gibi ayrılmış.

3. tarama ve veri toplama

  1. FMRI veri bir 8-kanal aşamalı-dizi baş bobin kullanarak 3 T tarayıcıyla elde etmek.
  2. Yüksek çözünürlüklü bir T1 ağırlıklı yapısal yansıması içeren görüntüleme sıraları elde etmek (TE: 3.1 ms, TR: 6.8 ms, fiske vurmak açı: 9°, 1 mm izotropik Voksel boyutu) (anatomik tarama) ve kan oksijen düzeyi bağımlı (kalın) fMRI sinyal ölçümleri dayalı bir iletişim kuralı kullanılarak çok kesitli degrade (fast-field) yankı düzlemsel görüntüleme (EPI) ve standart parametreler (TE: 28 ms, TR: 2 s, fiske vurmak açı: 90°, izotropik 3 mm Voksel boyutu, eksenel odaklı ve tüm beyin kapsayan).
    Not: Tüm tarama prosedürü yaklaşık 30 dakika sürer. Bu bir ilk 4 dk yapısal (anatomik) tarama ve dört görev (fonksiyonel) satın almalar 6 dk süren içerir. Her görev için (fonksiyonel edinme), hasta her saniye bir hızda onların ayak 1 dokunun dokunun bekleniyor.
  3. Taramalar sırasında Ses-yalıtkan Mr uyumlu kulaklık (örneğin, Westone) araştırmacı'nın işitsel komutları duymak tarama oturumu boyunca giymek katılımcı var.
  4. Tarayıcıda hasta yatarken, katılımcı bir dizi belirli davranış görevi gerçekleştirmek için işitsel ipuçları duyabilmesi işitsel parça çalmak.
  5. Aşağıdaki komutları kullanın: 1) "bacak" uzvunu hareketi için bacak (-den sonra adım 3.11 nota bakın); 2) "gerçek zamanlı bir video kaydı (böylece ayna kullanarak takma bacak konumunu bir bacak hareketi gözlemleyerek); görüntülerken sağlam bacak hareketi için ayna" 3) "katılımcı herhangi bir bacak hareketi durdurur ve onların gözüyle hareketsiz yatıyor rest" kapalı. Buna ek olarak, sahip araştırmacı diyor ki "Başlat" ve "başlangıç ve deneysel çalışma sırasıyla bitişini işaret eder için sonu" ( şekil 3).

Figure 3
Şekil 3 : Görev tasarım. Görev tasarım üç adımdan oluşur. İlk "bacak" adımı sırasında konu (ayak esneme) bacak bir hareketi bir hızda hareket her 2 için talimat s (20 10 hareketleri s), gözleri kapalı. İkinci "ayna" adım için Katılımcı bacak hareket etmek vardır (20 10 hareketleri s) bacaklar online gerçek zamanlı ayna görüntüsünü gösteren video monitör ararken. Son adım dinlenmek için konu bildirir.

  1. Kapalı gözler (yani, tekrarlanan plantar fleksiyon ve 2-3 s başına yaklaşık bir dokunun bir hızda ayak dorsal fleksiyon) ile nonamputated alt bacak ile bir hareketi gerçekleştirmek katılımcı var.
  2. Aynı bacak hareketi gerçekleştirmek katılımcı var, ama şimdi Katılımcı olduğu gibi bacak hareketlerinin gerçek zamanlı video yakalama kullanarak takma bacak yerine hareketli seçtiğin bu kullanıcı bacak ayna görüntüsünü gözlemler.
  3. Hangi o bacaklar hala hiçbir hareketi ile bırakır bir diğer koşulu gerçekleştirmek katılımcı var.
    Not: Her koşul sürer için 20 s (yani, bir deneysel blok 60 = s) 6 dk (deneysel çalışma blok başına altı tekrarına) bir çalışma uzunluğu zaman için.
  4. Veri tek bir oturumda her katılımcı için toplamak.
  5. Herhangi bir istenmeyen hareketleri ve doğru hızı ve hareketleri tutmak için Katılımcı öğretmeyi ishal arasında dikkat için Dedektif talimat.
  6. Yordamlar gerçekleştirilir sonra araştırmacı veriyi şifreli bir flash sürücüye aktarır ve tesis içinde güvenli bir konumda saklar, emin olun.
    Not: Bu protokol için kelime "bacak" sözcüğü "ayak" yerine kullanılır. Katılımcılar sadece hareketleri (nedeniyle bağlar MRI makine) ayak yapıyoruz rağmen bunların çoğu kesilmiş alt ekstremite büyük bir kısmı var ve bacak amputees, değil ayak adlandırılır.

4. analiz

  1. Standart teknikleri30,41kullanarak, boyuna analiz tasarım (temel ve posttreatment) kullanarak ve FMRIB yazılım kitaplığı (FSL) yazılım paketi42 stream işleme fonksiyonel beyin görüntüleme verileri analiz ,43.
    1. Her işlevsel tarama için 3D hareket düzeltme ilk birim hizalama kullanarak gerçekleştirmek, yüksek geçiren zamansal doğrusal eğilimleri kaldırıp dilim saat toplama ve kayma yumuşatma (Gauss çekirdek, 5.0 mm tam yarım genişlikte bir düzeltme yapmak için filtre uygulama maksimum [FWHM]).
      1. Birimleri yukarıda 0.9 mm FSL'ın hareket aykırı algılama işlem akışı ile herhangi bir yönde bir hareket ile işaretlemek ve matematiksel olarak "onları--dan son tahlilde44fırçalayın".
        Not: birimleri % 25'den fazla kaldırma için belirlenen yöneticiler, tüm satın alma için toplam veri kümesi dışlanmaları gerekir.
    2. Her Önişlenmiş fonksiyonel görüntü için yüksek çözünürlüklü anatomik coregister ve o zaman, standart Talairach uzaya getir.
    3. Voksel zamanlı Kurs için genel doğrusal model (GLM) nerede deneysel her koşul çift-gama hemodinamik yanıt işleviyle düzeltti bir yük vagonu regresör tarafından modellenmiştir uygun.
    4. Yüksek çözünürlüklü anatomik T1kullanın-sulcal etkinleştirme bkz: ve sonra tek tek konu proje için şişirilmiş bir kortikal yüzey mesh oluşturmak için ağırlıklı anatomik birim haritalar her kontrast konu üzerine ilgi yeniden'ın için kafes.
      Not: Yansımalar GLM önemli değerleri göstermelidir. P < 0,001 bir küme boyutu eşik ayarlama kullanarak birden çok karşılaştırmaları için düzeltilmiş standart kriteri, istatistiksel anlamlılık değeri eşik ayarlayın.
  2. Bir bölge faiz (ROI) analiz yapmak.
    1. Birincil sensorimotor korteksin FreeSurfer'ın Desikan atlas45 ile geniş birincil ROI tanımlamak ve o zaman, temel tarama konuya özgü işlevsel etkinleştirme sırasında bacak vs dinlenme koşulu kullanarak her konu için rafine.
    2. Rafine birincil ROI (yani, Ipsilateral birincil sensorimotor temsili olduğu gibi alt ekstremite) ters yarıkürenin homolog alanı üzerine yansıtır.
    3. Standart FreeSurfer anatomik Desikan atlas45 ikincil yatırım Getirisi için tüm (ikili) oksipital görsel korteksin tanımlamak için kullanın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Gerçek zamanlı video projeksiyon kullanarak MT ile ilişkili sansasyon üretme mümkün olabilir. Katılımcılar subjektif yaşam gibi algılanan video görüntüsü ve duygu sürükleyici olduğunu bildirdi.

Ayrıca, tarayıcı ortamında MT (yani, bacak ve öngörülen ayna görüntüsü ile ilgilenen hareketi) ile ilişkili kortikal harekete geçirmek şekillerinin sağlam. Bir pilot çalışmada, MT kortikal yanıtlarını fMRI bir katılımcıyla alt ekstremite amputasyonu sol bacak (erkek, 56 yaşında, alt bacak diz altında travmatik amputasyon) aşağıdaki görev iletişim kuralı yukarıda açıklanan kullanılarak kaydedildi. Bacak hareketi geri kalan koşul karşı karşılaştırarak sonuçlandı kontralateral bacak sensorimotor gösterimini içinde güçlü bir harekete geçirmek (yani, sol) Yarımküre. Ipsilateral kortikal etkinleştirme sensorimotor bacak alanı (şekil 4A) içinde gözlendi. Yansıtma durumu geri kalan koşul karşı da kortikal bacak sensorimotor temsil sağlam kontralateral yanı sıra Ipsilateral harekete geçirmek doğruladı. Ayrıca, sağlam kortikal harekete geçirmek ile posterior oksipital görüldü (yani, görsel) kortikal alanlarda görüntü hareketli bacak ile ilgilenen ile ilişkili.

Açıklanan harekete geçirmek şekillerinin activations temel koşulu, diğer bir deyişle, terapi döneminin başlangıcında temsil eder. İlk tepkiler MT protokolü her tamamlandıktan sonra faiz (ROIs) ve bir sonraki karşılaştırma bölgelerinde tanımlama amacıyla temel harekete geçirmek tanımlamak için hizmet vermektedir.

Figure 4
Şekil 4 : Temsilcisi örnek in MRI tarayıcı terapiye ayna karşısında kortikal activations. (A)bacak hareketi geri kalan koşul karşı karşılaştırarak sonuçlandı kontralateral bacak sensorimotor gösterimini içinde güçlü bir harekete geçirmek (yani, sol) ve Ipsilateral korteks. (B) dinlenme karşı ayna koşulu koşul da sağlam bir kontralateral ve Ipsilateral harekete geçirmek oksipital yanı sıra kortikal bacak sensorimotor temsil doğruladı (yani, görsel) görüntüleme ile ilişkili kortikal harekete geçirmek gösterilen resim hareketli bacak. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu iletişim kuralı bir roman, müfettişler doğru PIP ile bireylerde MT ile ilişkili sinirsel ilişkilendirir karakterize sağlar uygun yordamı anlatılmaktadır.

Olarak daha önce bahsedilen, çalışmalar video kaydı, sanal gerçeklik ve önceden kaydedilmiş animasyonları9,33 gibi çeşitli teknikler birleşmeyle MT tedavi ile ilişkili sinirsel ilişkilendirir araştırmak için çalıştılar ,34. Ancak, bu yaklaşımların etkinliğini37,38,39açısından sınırlı olmuştur. Burada özetlenen iletişim kuralında, biz MRI ortamında MT ile ilişkili bir gerçekçi ve üstün duygu oluşturmak için basit, piyasada bulunan ve düşük maliyetli öğeleri dahil. Kullanılan tüm ekipman Mr uyumlu (yani, nonferromagnetic malzemeleri) olduğunu ve kolayca ayarlanabilir ve her birey için değiştirilmiş. Üç ana subparts ana öğelerden oluşur: (1) video kamera ve İzleyicisi; (2) baş bobinine bağlı yansıtıcı ayna; (3) büyük yansıtıcı ayna ve destekler. Konu ayna ve bacak bacak hareketleri gerçek zamanlı olarak izleyebilirsiniz videoyu izlemek için iletilir. Baş bobin aynaya yönünü sırtüstü ve baş aşırı hareket yalan monitör görüntülemek katılımcı sağlar. Aynaya bir ayarlanabilir stand katılımcının bacak ile herhangi bir temas önlemek için kullanıldığında ilgilinin takma bacak uzunluğu için ayarlanır. Bir veri toplama ve analiz bakış açısı, fonksiyonel beyin görüntüleme veri bir öncesi-sonrası boyuna tasarım30,41üzerinde durularak standart teknikleri (yani, faiz analiz bölgesi) kullanılarak analiz edilir.

Gerçek sürükleyici duygu yanı sıra katılımcı için sağlanan, bu iletişim kuralı bir diğer avantajı sistem farklı bacaklarda (üst ve alt) ile ilgilenen amaçlar için ayarlanabilir ve bacak hareketinin herhangi bir kombinasyonunu test etmek için kullanılan olduğunu.

Video iletimi tarafından sağlanan sürükleyici hissi MT. potansiyel terapötik etkisi oluşturmak için geldiğinde önemli bir faktördür Gerçek zamanlı video video kameradan yakalanan kullanımı burada sunulan gibi yaklaşımlar bilgisayarlı resimler, sanal gerçeklik veya önceden kaydedilmiş görüntüleri gibi geçmiş daha üstün olabilir. Ancak, bu teknik görsel yanılsama olanlar ile karşılaştırıldığında değil. Ayrıca, sağlıklı katılımcılar bir önceki çalışmada fonksiyonel beyin harekete geçirmek geleneksel ayna kutu ve üst ekstremite sanal gerçeklik yansıtılan görüntüsünü içeren bir görev yaptıktan sonra değerlendirilir. Bu çalışmanın sonuçları, Diers ve işbirlikçileri canlılığın veya algılanan yanılsama görsel gerçeklik yanılsama ve ayna kutusu terapi18arasında orijinalliğini arasında hiçbir fark bulamadı.

Öte yandan, bu protokolü de kendi sınırlamaları ve ilişkili sorunlar vardır: bacak hareketi yapısı nedeniyle, eserler hareket (yani, aşırı kafa hareketi ile ilişkili) veri kalitesi tehlikeye atabilir. Hasta kendi bacak öngörülen bir canlı görüntüsünü görmek için izin rağmen protokol düzgün canlılığın ve katılımcı görevleri geçiren hissediyor daldırma değerlendirmek için bir soru formu yoksun. Buna ek olarak, biz aslında hareket veya bir alt ekstremite bir sanal gerçeklik görüntüleme projeksiyon performans hasta olmadan bacak hareketinin bir kaydın yalnızca görsel uyaranlara gibi diğer stratejileri ile Bu teknikte yapılan görev karşılaştırmak değil hareket ediyor. Bu özellikle bu iletişim kuralının amacı değildi çünkü ve önceki çalışmalarda okudu zaten ve bu müdahaleler karşılaştırıldığında ve harekete geçirmek desen arasında fark yoktur, hem de canlılığını hiçbir fark ortaya olduğundan yapıldı 18belirtildiği gibi müdahaleler arasında görev. Ayrıca, hareket için ilgili zorlukları aşmak için geçerli state-of--art hareket algılama ve düzeltme stratejileri26çalıştırmaya başladık. Daha fazla veri kalitesi, yeni stratejiler geliştirmek için (örneğin, fiziksel kısıtlamaları yerleştirilir ilgilinin kalça ayak hareketi yalıtmaya yardımcı olması için) takip ediliyor. Son olarak, değiştirme ve sorun giderme ile ilgili olarak, başlangıçta elde etmek ve yeterince hastanın Alt uzuv yansıma aynaya yakalamak bize izin vermedi bir sabit kamera stand biz vardı; Ancak, bir ayarlanabilir ayağı kullanmak, en hassas ve doğru görüntü iletim elde başardık. Ayrıca, geliştirme iletişim kuralının ilk adımları uyguladığınızda, kırılgan ve kolayca herhangi bir hafif hareket ile düştü ayna standı. Kum torbalarının ayna montaj için istikrar vermek eklendiğinde bu üstesinden oldu.

Son olarak, deneysel Kur uygulama kolaylığı göz önüne alındığında, bu yaklaşım MT etkileri sadece bacak amputees ama aynı zamanda kontur ve omurilik yaralanma gibi bu tedavi yaklaşımı kullanan diğer koşullarında değerlendirilmesi izin verebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Bu çalışmada destek verdi bir NIH RO1 hibe (1R01HD082302).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Scanner Phillips NA 3 Tesla Philips Acheiva MRI scanner
Camera Logitech NA HD Pro Webcam C910
Monitor Cambridge Research Systems NA  3D BOLD screen for MRI
Mirror TAP Plastics 99999 Mirrored Acrylic Sheets (Cut­to­Size) ­ Clear 1/8 (.118)" Thick, 10" Wide, 40" Long
Mirror stand NA Mirror stand was built by the co-investigators from a rectangular piece of wood
Headphones Westone Sensimetrics PN 79245 Replacement comply foam tips for universal-fit earphones. Canal size: Standard 6 pieces/ 3 pair 
MR compatible in ear headphones
MRI Scanner Phillips 3.0 T Philips Achieva System 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Neuroscience sayı: 146 Hayalet bacak ağrısı fMRI beyin görüntüleme ayna tedavisi amputasyon nöroplastisite sensorimotor korteks
Hayalet bacak ağrısı için ayna tedavisi ile ilişkili sinirsel ilişkilendirir karakterizasyonu için bir MRI gerçek zamanlı Video projeksiyon
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Saleh Velez, F. G., Pinto, C. B.,… More

Saleh Velez, F. G., Pinto, C. B., Bailin, E. S., Münger, M., Ellison, A., Costa, B. T., Crandell, D., Bolognini, N., Merabet, L. B., Fregni, F. Real-time Video Projection in an MRI for Characterization of Neural Correlates Associated with Mirror Therapy for Phantom Limb Pain. J. Vis. Exp. (146), e58800, doi:10.3791/58800 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter