Summary
Nous présentons un roman combiné comportementale et neuro-imagerie protocole employant projection vidéo en temps réel dans le but de caractériser les corrélats neurones associés au traitement miroir dans l’environnement de scanner d’imagerie par résonance magnétique dans la jambe sujets amputés avec douleur du membre fantôme.
Abstract
Miroir thérapie (MT) a été proposée comme une stratégie de réadaptation efficace pour soulager les symptômes de la douleur chez les amputés avec douleur du membre fantôme (PLP). Toutefois, établir les corrélats neurones associés au traitement de MT ont été difficile étant donné qu’il est difficile d’administrer la thérapie efficacement dans un environnement de scanner d’imagerie de résonance magnétique (IRM). Afin de caractériser l’organisation fonctionnelle des régions corticales associées à cette stratégie de réadaptation, nous avons développé un protocole combiné neuroimagerie fonctionnelle et comportementaux qui peut être appliqué dans les participants avec une amputation de la jambe. Cette approche originale permet aux participants de subir MT dans l’environnement de scanner MRI en affichant des images vidéo en temps réel, captées par une caméra. Les images sont visualisées par le participant grâce à un système de miroirs et un moniteur que le participant vues en position couchée sur le lit de scanner. De cette manière, des changements fonctionnels dans les aires corticales d’intérêt (p. ex., le cortex sensorimoteur) peuvent être caractérisées en réponse à la demande directe de Mt.
Introduction
PLP se réfère à la sensation de douleur perçue au sein de la zone correspondant au membre manquant postamputation1,2. Cette condition est un lourd fardeau de santé chronique et peut avoir un impact dramatique sur qualité de vie,3,4 d’une personne. Il a été suggéré que les altérations de la structure du cerveau et de la fonction jouent un rôle fondamental dans le développement et la neuropathophysiologie de PLP5,6. Toutefois, les corrélats neurones sous-jacent de comment développent des symptômes de la douleur et comment elles peuvent être soulagées en réponse au traitement demeurent inconnus. Ce manque d’information est principalement en raison de difficultés techniques et limites associées à effectuer une approche thérapeutique respectant les contraintes d’un environnement de neuro-imagerie par exemple MRI5,7,8 .
Les résultats de plusieurs études attribuent le développement de PLP à démontré inadaptés réorganisation survenant au sein du cortex sensorimoteur, ainsi que dans d’autres régions du cerveau. Par exemple, il a été démontré qu’après l’amputation d’un membre, il y a un changement dans la représentation corticale sensorimotrice correspondante des voisins des zones. Ainsi, les zones voisines apparemment commencent à envahir les zones qui correspondent au membre amputé9,10. Afin d’atténuer les symptômes de douleur associées PLP, traitements tels que MT ou imagerie motrice peuvent être efficace9,11,12. Il est suggéré que l’atténuation des symptômes se produit présumément par le cross-modal restitutio in integrum des apports afférents, fournis par l’observation d’images miroir-réfléchi de la branche les12,13, 14,15,16,17. À travers ces images, les participants sont en mesure de visualiser le reflet du membre opposé au lieu de celle qui a été amputée, créant ainsi une illusion qui restent les deux branches. L’illusion et immersives effets ont été étudiés auparavant par Diers Al chez des sujets sains dans lequel une comparaison de la fonctionnelle d’activation par le biais de l’IRM fonctionnelle (IRMf) a été évaluée après avoir subi une tâche avec une boîte miroir commune ou la réalité virtuelle 18. Toutefois, les corrélats neurones associés à l’inversion des changements neuroplastiques inadaptés et le soulagement des symptômes restent mal compris. En outre, le mécanisme sous-jacent de PLP reste un sujet de recherche comme l’altération physiopathologiques sous-jacents claire derrière le développement de PLP est encore incomplètement élucidée alors que les résultats controversés ont été révélées5, 19. Comme indiqué plus haut, plusieurs auteurs attribuent le développement de la douleur de désafférentation et réorganisation corticale du cerveau touchées (zone du membre amputé)6,7,8; Cependant, en face de résultats ont été décrits par Makin et collaborateurs dans lequel la présence de la douleur est associée à la préservation de la structure du cerveau et la douleur est attribuée à une réduction interrégional connectivité fonctionnelle19. Compte tenu de ces controverses et en face de conclusions, nous croyons que la nouvelle approche présentée ici apportera des renseignements pertinents supplémentaires à l’étude du PLP et permettra aux chercheurs d’évaluer les effets de la MT dans un environnement opérationnel avec le degré de cerveau activation en comparaison avec les niveaux de la douleur évaluée dans notre protocole complet19.
Documentation précédente sur ce sujet a montré que la MT est l’une des thérapies comportementales plus appropriés pour le traitement du PLP en raison de sa mise en œuvre facile et bas frais12. En fait, des études antérieures de cette technique ont montré preuves d’un renversement des modifications inadaptées dans le cortex sensorimoteur primaire dans amputés avec PLP8,20,21. Même si la MT est peut-être l’un l’approche plus économique et plus efficace pour traiter les PLP12,22,23,24, davantage d’études est nécessaires pour confirmer ces effets étant donné que certains patients ne sont pas répondre à ce type de traitement8 et il y a un manque de grands essais cliniques randomisés qui fournissent des résultats haute-evidence-based25.
Une des hypothèses qui MT peut réduire les PLP est liée au fait que l’image inversée de la partie du corps non-amputé aide à réorganiser et à intégrer l’inadéquation entre la proprioception et la rétroaction visuelle à26. Les mécanismes sous-jacents de MT pourraient être associées à la réversion de la cartographie inadaptée des somatosensoriel8,27,28.
Pour MT, sujets sont tenus d’accomplir plusieurs tâches motrices et sensorielles, à l’aide de leur branche intacte (p. ex., flexion et extension) tout en observant à cet effet dans un miroir situé dans la ligne médiane du corps du participant, créant ainsi un vif et précis représentation du mouvement dans la zone du membre amputé29.
Pour continuer à développer les connaissances scientifiques sur les aspects de la physiopathologie impliqués dans PLP, il est crucial de mieux caractériser les changements neuroplastiques sous-jacente résultant des amputations de membres, ainsi que l’amélioration des symptômes de douleur fournies par Mt À cet égard, les techniques de neuroimagerie, telles que l’IRMf, sont apparus comme des outils puissants pour aider à élucider les mécanismes physiopathologiques associés à la réorganisation corticale et fournissent des indices vers l’optimisation de la réadaptation des personnes atteintes de PLP dans le contexte clinique30,31. En outre, la haute résolution spatiale offerte par IRMf (par rapport à l’électroencéphalographie, par exemple) permet une cartographie plus précise des réponses du cerveau, tels que les représentations de doigt et chiffres, dans le cortex sensorimoteur ainsi que d’autres régions du le cerveau32.
À ce jour, la neurophysiologie associée MT reste insaisissable, due en grande partie aux défis de mener à bien la procédure au sein de l’environnement de scanner (c.-à-d., il est difficile pour une personne effectuer la thérapie en position couchée dans le scanner). Nous décrivons ici une méthode qui permet à un individu d’observer leur propre mouvement de jambe en temps réel tout en couché en décubitus dorsal dans les limites étroites du scanner alésage. Une récréation précise de la sensation vive et immersive induite par la thérapie peut être recréée en utilisant une caméra vidéo qui capture des images en temps réel le mouvement, et un système de miroirs et un moniteur qui peut être consulté directement par le participant à l’étude.
Des études antérieures ont tenté d’intégrer des techniques telles que l’enregistrement vidéo, réalité virtuelle et animations préenregistrées comme moyen de présenter le stimulus visuel et contourner ces défis techniques9,,16,33 ,,34. Pourtant, ces techniques ont été limités dans leur efficacité35,36,37,38,,39. Dans le cas particulier de l’utilisation d’une vidéo préenregistrée, il y a une souvent mauvaise synchronisation entre les mouvements des participants et ceux fournis par la vidéo, mais aussi un manque de précision de synchronisation, ce qui conduit à une mauvaise impression réaliste que de l’individu la jambe est en mouvement. Afin d’améliorer ce sentiment d’immersion sensorimotrice, autres techniques, telles que la réalité virtuelle et animations numériques, ont été tentées. Pourtant, il n’a pas générer visuellement convaincantes sensations due à une résolution d’image faible, un champ de vision limité, irréalistes ou d humain-comme des requêtes et présence de lag de mouvement (i.e., désynchronisation du mouvement). En outre, l’absence d’une modélisation précise combinée avec le mauvais contrôle sur d’autres fonctionnalités, telles que les effets de la friction, quantité de mouvement et de la gravité, fait obstacle à la perception d’une sensation vive et immersive40. Par conséquent, pour les amputés, il est intéressant de découvrir des stratégies pour s’assurer que les sujets sont engagés dans la tâche cognitive (observation) et immersive sur l’illusion des amputés d’un membre mouvement. Enfin, les ressources nécessaires pour développer et mettre en œuvre ces stratégies complexes peuvent prendre beaucoup de temps et/ou des coûts prohibitifs.
Les auteurs décrivent une nouvelle approche qui, croyons-nous, crée un sentiment réaliste et vif d’immersion par lequel le participant peut voir une vidéo en direct et en temps réel d’une image projetée de leur propre branche pendant qu’ils jouent une session du MT31. Cette approche est réalisée tandis que l’individu est couché dans l’alésage de scanner et sans coûts importants ou le vaste développement technique.
Ce protocole fait partie d’une subvention de projet de recherche National Institutes of Health (NIH) (RO1)-parrainé un essai clinique qui évalue les effets de la combinaison d’une technique neuromodulatrices, à savoir la stimulation transcrânienne courant continu (CDV), avec un thérapie comportementale (thérapie miroir) afin de soulager la douleur du membre fantôme,31. Nous évaluons les changements à l’échelle visuelle analogique (Eva) pour la douleur au début, avant et après chaque session d’intervention. l’IRMf est utilisé comme un outil neurophysiologiques afin d’évaluer les changements structurels dans le fonctionnement du cerveau et sa corrélation avec le relief du PLP. Par conséquent, l’IRMf initial est obtenu afin d’avoir une carte de base de la structure de l’organisation du cerveau du participant, qui montrera soit qu’il y a réorganisation inadaptés corticaux5,6,8 , 11 , 13 , 14 , 18 , 28 ou qu’il n’y a pas de19; de la même manière, le chercheur peut observer quelles zones sont activées au départ avec la tâche de marqueur afin de comprendre la réponse d’activation des domaines à la MT ; Enfin, il est possible d’obtenir une deuxième intervention IRMf pour voir si les changements (modulation) ont été générés lors de la réorganisation corticale après la thérapie combinée avec CDV et MT et analyser si ces changements sont corrélés ou associés avec le degré des changements de la douleur. Par conséquent, ce protocole permet aux chercheurs d’évaluer les changements de réorganisation structurelle dans les patients avec PAP au cours de la MT et aide également à comprendre si ces changements observés en IRMf sont associés aux changements PLP, donc fournissant des détails supplémentaires sur Comment MT affecte l’activité cérébrale structurelle et fonctionnelle pour modifier la douleur fantôme.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. préparation du sujet
- Avant sa participation, ont le participant de remplir un formulaire de consentement et une sécurité de MRI évaluation de dépistage, ce dernier effectué par le technicien de la neuroimagerie à la possibilité de faire en sorte que le participant n’a aucune contre-indication connue à balayage, en cours d’analyse (p. ex. métal dans leur corps, une histoire de claustrophobie ou grossesse).
- Fournir au participant avec des instructions détaillées en ce qui concerne la procédure expérimentale.
- Demandez le sujet d’écouter un enseignement audio enregistrés pour s’assurer qu’ils sont capables de comprendre et de suivre les instructions fournies pendant la procédure de numérisation.
- Réaliser un exercice pratique dans un scanner de simulation afin de faciliter la familiarisation des instructions tâche dans l’environnement de scanner.
Remarque : Le scanner simulé est semblable dans tous les sens au scanner MRI real-acquisition de données, mais sans l’aimant active. - Donner des instructions claires au participant afin d’éviter tout mouvement du membre fantôme et résiduel afin d’éviter toute contractions des muscles du tronc qui peuvent interférer avec le signal du cerveau.
2. préparation de l’expérience
Remarque : Le protocole expérimental est similaire à ce qui a été décrit précédemment aux fins d’enquêter sur les corrélats neurones liés à l’imagerie mentale des membres supérieurs en mouvement. Ici, nous avons adapté l’approche à la circulation des membres inférieurs. Plus précisément, les tâches comportementales se composent des éléments suivants.
- Avant d’entrer dans la salle de scanner, demander au participant d’enlever leur prothèse et des objets métalliques.
- Avoir le technicien MRI à s’assurer que participant ne a aucun métal sur leur corps, qui pourrait mettre en péril.
- Transport le participant à la salle de MRI dans un fauteuil roulant de MRI-compatible ; Après cela, demander au participant de se transférer dans le lit de scanner MRI.
- Pour le MT, confortablement placez un miroir monobloc, MRI-compatible, horizontal (10 000 x 255 x 3 mm) pris en charge par un socle triangulaire entre les jambes du participant alors qu’ils sont couchés en position couchées sur le lit de scanner. Utilisez des sacs de sable afin de permettre la stabilité et un meilleur positionnement du miroir. Fixez le support de miroir sur un bras réglable afin qu’il puisse être positionnés selon la hauteur du sujet et de positionnement sans communiquer avec n’importe quelle partie du corps ( Figure 1).
Figure 1 : Caméra vidéo et miroir mis en place Le miroir est placé entre les jambes à un angle d’environ 45°, selon la hauteur du participant et le niveau d’amputation. L’objectif est de couvrir le moignon et rendez-le invisible aux systèmes vidéo. Sacs de sable sont utilisés pour garder le miroir en position correcte. Le positionnement de la caméra est aussi adaptable et peut être facilement changé en utilisant le trépied ou le jarret adaptable (modifie l’angle de la caméra). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
- Pour la rétroaction visuelle, monter un appareil photo numérique de MRI-compatible sur un trépied réglable côté du pied intact du participant ( Figure 1).
Remarque : L’appareil photo utilisé est répertorié dans le Tableau des matériaux et coûte environ 217 USD. La caméra acquiert des images à résolution d’image de 1 080 pixels. Étant donné que l’appareil lui-même n’a pas été placé à l’intérieur de l’IAM alésage, il n’est pas nécessaire pour les systèmes plus coûteux de MRI-compatible. La caméra est fixée à un poteau de MRI-safe IV via un tuyau de col de cygne modulaire pour permettre le changement de positionnement. - Fixer la caméra sur un trépied, permettant le réglage approprié de l’angle de vue et le champ de vision.
- Place un second miroir sur la bobine de tête de MRI, permettant aux participants de visualiser l’image présentée sur le moniteur directement en position couchée complètement à l’intérieur du scanner d’alésage ( Figure 2).
Figure 2 : Schématique de caméra vidéo et projection d’image dans l’environnement de scanneur. La projection vidéo en temps réel du système de thérapie miroir est constitué de trois sous-systèmes. 1) sous-système caméra et le moniteur. La vidéo est transmise à l’écran, ainsi le sujet peut observer les mouvements de jambe jambe et miroir en temps réel. 2) la tête en spirale avec le miroir attaché. Le miroir dans la bobine tête permet au participant de regarder l’écran sans bouger la tête. Le miroir est à un angle de 45° au niveau des yeux. 3) le miroir et les sacs de sable. Le miroir de MRI-compatible est soigneusement placé entre les jambes et le moignon de manière qu’il couvre le moignon et permet la meilleure image à afficher. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
- Mettre en place la transmission d’images vidéo en temps réel à envoyer via un système informatisé et le projet sur un moniteur placé à l’arrière du scanneur d’alésage (près de la tête du participant).
Remarque : Il n’y a aucun délai perceptible entre la projection et le mouvement effectif capturé. Le mouvement réel et la rétroaction visuelle sont séparés par moins d’une seconde qui n’interfère pas dans le sentiment en temps réel, comme indiqué par les participants.
3. analyse et collecte de données
- Acquisition de données IRMf avec un scanner T 3 en utilisant une bobine de tête progressivement-tableau 8-canaux.
- Obtenir des séquences d’imagerie qui incluent une image haute résolution structurale pondérées en T1 (TE : 3,1 ms, TR : 6,8 ms, angle de flip : 9°, de la taille du voxel isotropes de 1 mm) (analyse anatomique) et mesures signal IRMf d’oxygène-sang-dépendante du niveau ("BOLD") en utilisant un protocole basé le gradient multicoupe (rapide-champ) imagerie echo-planar (EPI) et les paramètres standard (TE : 28 ms, TR : 2 s, flip angle : 90°, isotrope 3 mm voxel taille, orientée selon l’axe et couvrant tout le cerveau).
Remarque : La procédure de numérisation complète dure environ 30 min. Cela comprend une analyse (anatomique) structurel initial de 4 min et quatre acquisitions (fonctionnelle) de tâche une durée de 6 min chaque. Pour chaque tâche (acquisition fonctionnelle), le patient devrait exploiter leur pied à une vitesse de 1 robinet chaque seconde. - Durant les balayages, ont le participant porter des écouteurs sonore de MRI conformes (par exemple, Westone) tout au long de la session de scannage d’entendre les commandes auditif de l’enquêteur.
- Alors que le patient est couché dans le scanneur, jouer la voie auditive afin que le participant entend une série de signaux auditifs pour effectuer la tâche donnée comportementale.
- Utilisez les commandes suivantes : 1) « jambe » pour le mouvement de l’amputation des jambes (voir la note après l’étape 3.11) ; 2) « miroir » pour le mouvement de la jambe intacte pendant que vous regardez un enregistrement vidéo en temps réel (donc observer le mouvement d’une jambe à la position de la jambe amputée à l’aide du miroir) ; 3) « reste » dans lequel le participant cesse tout mouvement de la jambe et se trouve immobile, les yeux fermés. En outre, a dit l’enquêteur « start » et « fin » pour indiquer le début et la fin de la course expérimentale, respectivement ( Figure 3).
Figure 3 : Conception de la tâche. La conception des tâches se compose de trois étapes. Au cours de la première étape de la « jambe », l’objet est chargé de déplacer la jambe (flexion du pied) à un rythme d’environ un mouvement toutes les 2 s (10 mouvements en 20 s), les yeux fermés. Pour la deuxième étape de « mirror », le participant doit continuer à aller de la jambe (10 mouvements en 20 s) tout en regardant le moniteur vidéo affichant l’image de miroir en ligne en temps réel des jambes. La dernière étape indique à l’objet pour se reposer.
- Avoir le participant à effectuer un mouvement avec la jambe nonamputated avec les yeux fermés (flexion plantaire répétée et flexion dorsale du pied à un rythme d’environ un robinet par 2-3 s).
- Ont le participant à effectuer le même mouvement de jambe, mais maintenant le participant observe une image miroir de sa jambe se déplaçant à la place de la jambe amputée à l’aide de la capture vidéo en temps réel du mouvement de la jambe intact.
- Avoir le participant effectuer une condition de repos, dans lequel il/elle jette encore avec aucun mouvement des jambes.
Remarque : Chaque condition dure pendant 20 s (c'est-à-dire, un pâté de maisons expérimentale = 60 s) pour une durée d’exécution de longueur de 6 min (six répétitions de la série expérimentale par bloc). - Collecter des données en une seule séance pour chaque participant.
- Demander au chercheur de prendre note de tous les mouvements indésirables et, entre les pistes, pour demander au participant de garder le bon rythme et les mouvements.
- S’assurer que, après que les procédures sont exécutées, l’enquêteur transfère les données vers un lecteur flash chiffré et stocke dans un endroit sûr dans l’installation.
Remarque : Dans le présent protocole, le mot « cuisse » est utilisé à la place du mot « pied ». Même si les participants font seulement des mouvements (en raison des contraintes de l’appareil d’IRM) les pieds, la plupart d'entre eux ont une plus grande partie de la jambe amputée et est appelée amputés des jambes, pas de pied.
4. analyse
- Analyser les données de neuro-imagerie fonctionnelle à l’aide de techniques standard30,41, à l’aide de la conception de l’analyse longitudinale (ligne de base et après le traitement) et le traitement des flux dans le progiciel FMRIB Software Library (FSL)42 ,,43.
- Pour chaque analyse fonctionnelle, effectuer la correction de mouvement 3D à l’aide de l’alignement de volume premier, passe-haut de filtrage permettant de supprimer les tendances temporelles linéaires et effectuer une correction pour l’acquisition de temps de tranche et lissage spatial (noyau gaussien, largeur 5. 0 mm à moitié [FWHM] au maximum).
- Marquer les volumes avec un mouvement au-dessus de 0,9 mm dans toutes les directions avec flux de traitement de détection des valeurs aberrantes pour le mouvement du FSL et mathématiquement les « scrub » de la dernière analyse44.
NOTE : Si plus de 25 % des volumes sont désignés pour l’enlèvement, l’acquisition entier devrait être exclue du dataset total.
- Marquer les volumes avec un mouvement au-dessus de 0,9 mm dans toutes les directions avec flux de traitement de détection des valeurs aberrantes pour le mouvement du FSL et mathématiquement les « scrub » de la dernière analyse44.
- COREGISTER chacun des images fonctionnelles prétraités à la haute résolution anatomiques et, ensuite, mettez-les en espace Talairach standard.
- Ajuster un modèle linéaire général (GLM) à un cours de temps voxel où chaque condition expérimentale est modélisée par un régresseur wagon couvert qui devrait être lissé avec fonction double-gamma réponse hémodynamique.
- Utiliser la haute résolution anatomique T1-volume anatomique pondéré pour construire un maillage de surface cortical gonflé pour voir les données de l’activation et ensuite, du projet sujet individuel des cartes pour chaque contraste d’intérêt sur le sujet de reconstruit maille.
Remarque : Les projections devraient montrer les valeurs importantes de la GLM. Affectez la valeur seuil de signification statistique au critère standard de p < 0,001 corrigées pour les comparaisons multiples, à l’aide d’un ajustement de la taille de cluster seuil.
- Pour chaque analyse fonctionnelle, effectuer la correction de mouvement 3D à l’aide de l’alignement de volume premier, passe-haut de filtrage permettant de supprimer les tendances temporelles linéaires et effectuer une correction pour l’acquisition de temps de tranche et lissage spatial (noyau gaussien, largeur 5. 0 mm à moitié [FWHM] au maximum).
- Procéder à une région de l’analyse de l’intérêt (ROI).
- Définir le retour sur investissement primaire largement avec detaille atlas45 du cortex sensorimoteur primaire de FreeSurfer et, ensuite, l’adoucir pour chaque sujet en utilisant l’activation fonctionnelle spécifiques à la discipline pendant l’étape vs condition reste à l’analyse de la base.
- Reflètent le retour sur investissement primaire raffiné sur la zone homologue de l’hémisphère opposé (c.-à-d. ipsilatérale primaire sensorimotrice représentation du membre inférieur intact).
- Le standard FreeSurfer anatomiques detaille atlas45 permet de définir l’ensemble cortex visuel occipital (bilatéraux) pour le retour sur investissement secondaire.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Il est possible de générer la sensation associée MT à l’aide d’une projection vidéo en temps réel. Les participants ont signalé subjectivement que l’image perçue est réaliste et la sensation est immersive.
En outre, les modèles d’activation corticale associée MT (c'est-à-dire, le mouvement de la jambe et la visualisation de l’image projetée de miroir) dans l’environnement de scanner sont robustes. Dans une étude pilote, les réponses corticales à MT ont été enregistrés avec l’IRMf en participant avec l’amputation de membres inférieurs de suit la jambe gauche (homme, âgé de 56 ans, amputation traumatique du bas de la jambe sous le genou) le protocole de travail décrit ci-dessus. Comparant le mouvement des jambes par rapport à l’état de repos a donné lieu à une activation robuste au sein de la représentation sensorimotrice de la jambe de la controlatérale (c'est-à-dire, à gauche) hémisphère. Ipsilatérale activation corticale a été observée dans la zone de jambe sensorimotrice (Figure 4 a). La condition de miroir par rapport à condition de repos a également confirmé robuste activation controlatérale comme ipsilatérale de la représentation sensorimotrice corticale de la jambe. En outre, une activation corticale robuste a été vu avec occipital postérieur (c.-à-d., visuel) aires corticales associées à la visualisation de l’image projetée de la jambe en mouvement.
Les modèles d’activation décrite représentent les activations à l’état initial, c'est-à-dire lors de l’ouverture de la période de traitement. Les premières réactions permettent de définir l’activation de la ligne de base pour l’application de la définition de régions d’intérêt (ROIs) et une comparaison ultérieure après que le protocole de MT est acheve en chaque individu.
Figure 4 : Un exemple représentatif de la corticale activations en réponse à la thérapie dans le scanner MRI en miroir. (A) comparaison de mouvement des jambes par rapport à l’état de repos a entraîné une activation robuste au sein de la représentation sensorimotrice de la jambe de la controlatérale (c'est-à-dire, à gauche) et le cortex ipsilatéral. (B) la condition miroir versus le reste État a également confirmé une activation controlatérale et ipsilatérale robuste de la représentation sensorimotrice corticale de la jambe, mais aussi occipital (c.-à-d., visuel) activation corticale associée regarde un la image projetée de la jambe en mouvement. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Ce protocole décrit un roman, la procédure réalisable qui permet aux enquêteurs de caractériser avec précision les corrélats neurones associés à MT chez les individus atteints de PLP.
Comme précédemment mentionné, les études passées ont tenté d’enquêter sur les corrélats neurones associés au traitement de la MT en intégrant différentes techniques telles que l’enregistrement vidéo, réalité virtuelle et animations préenregistré9,33 ,,34. Cependant, ces approches ont été limitées en termes d’efficacité37,38,,39. Dans le protocole décrit ici, nous intégrons les éléments simples, commercialement disponibles et peu coûteux pour créer une sensation réaliste et immersive associée MT au sein de l’environnement d’IRM. Tout le matériel utilisé est compatible IRM (c.-à-d. non ferromagnétiques matériaux) et peut être facilement ajusté et modifié pour chaque individu. Les éléments clés sont constitués de trois sous-parties principaux : (1) vidéo caméra et le moniteur ; (2) le miroir réfléchissant attaché sur la tête de la bobine ; (3) le grand miroir réfléchissant et supports. La vidéo est transmise au moniteur ainsi le sujet peut observer les mouvements de jambe jambe et miroir en temps réel. L’orientation du miroir dans la bobine tête permet aux participants d’afficher le moniteur en position couchée en position couchée et sans déplacement excessif de la tête. Le miroir est ajusté à la longueur de jambe amputée du sujet en utilisant un support réglable afin d’éviter tout contact avec la jambe du participant. Une analyse point de vue et d’acquisition de données, données de neuro-imagerie fonctionnelle sont analysées selon les techniques habituelles (c'est-à-dire, la région de l’analyse de l’intérêt) avec un accent particulier sur une conception longitudinale de pré-post30,41.
En plus de la vie réelle sensation immersive fournie au participant, un autre avantage de ce protocole est que le système peut être ajusté aux fins de visualisation des membres différents (supérieurs et inférieurs) et peut être utilisé pour tester toutes les combinaisons de mouvements des membres.
La sensation immersive fournie par la transmission visuelle est un facteur important lorsqu’il s’agit de générer de l’effet thérapeutique potentiel de Mt. L’utilisation de la vidéo en temps réel, capturée par la caméra vidéo tel que présenté ici peut être supérieure aux dernières approches telles que les images informatisées, réalité virtuelle ou d’images préenregistrées. Cependant, on n’a pas comparé cette technique avec illusion visuelle ones. De plus, une étude antérieure chez les participants sains évalué activation cérébrale fonctionnelle après l’exécution d’une tâche avec une boîte miroir classique et une image virtuelle-réalité-projection du membre supérieur. Dans les résultats de cette étude, Diers et collaborateurs ont trouvé aucune différence entre l’éclat ou l’authenticité perçue de l’illusion entre l’illusion de la réalité visuelle et le miroir encadré thérapie18.
En revanche, ce protocole a aussi ses limites et les défis qui lui sont associés : en raison de la nature du mouvement de la jambe, les artefacts de mouvement (i.e., associé à mouvement excessif de la tête) peut compromettre la qualité des données. Bien que le patient est autorisé à voir une image projetée de vivre de leur propre branche, le protocole n’a pas un questionnaire pour évaluer correctement la vivacité et l’immersion que le participant se sent tout en subissant les tâches. En outre, on n’a pas comparé la tâche d’exécution de cette technique avec d’autres stratégies, comme des stimuli visuels uniquement d’un enregistrement du mouvement de la jambe sans que le patient effectuer réellement le mouvement ou une projection d’imagerie de réalité virtuelle d’un membre inférieur en mouvement. Cela a été fait en particulier parce qu’il n’était pas le but du présent protocole et parce qu’il y a des études antérieures qui ont déjà étudié et comparé ces interventions et a révélé aucune différence dans le modèle d’activation, ainsi qu’aucune différence dans la vivacité des la tâche entre les interventions, comme mentionné plus de18 ans. En outre, pour surmonter les défis associés à la proposition, nous avons utilisé actuel état-of-the-art motion détection et correction des stratégies26. Pour améliorer encore la qualité des données, nouvelles stratégies (p. ex., contention placé autour des hanches du sujet pour isoler le mouvement de la jambe) se poursuivent. Enfin, en ce qui concerne la modification et le dépannage, nous avons eu au départ un support de caméra fixe qui nous n'a pas permis d’obtenir et de saisir adéquatement reflet de membre inférieur du patient dans le miroir ; Cependant, en utilisant un support réglable, nous avons pu obtenir la transmission d’image plus précise et exacte. En outre, pendant les premières étapes de l’élaboration du protocole, le stand de miroir était fragile et est tombé facilement avec n’importe quel mouvement doux. Ceci fut surmonté lorsque les sacs de sable ont été ajoutés pour donner la stabilité pour le montage du miroir.
Enfin, compte tenu de la facilité de mise en oeuvre du dispositif expérimental, cette approche peut permettre l’évaluation des effets du MT non seulement dans les amputés du membre, mais aussi dans d’autres conditions qui utilisent cette approche de traitement, telles que des blessures accident vasculaire cérébral et la moelle épinière.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Cette étude a été financée par une subvention du NIH RO1 (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 |
References
- 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).
- Weinstein, S. M. Phantom Limb Pain and Related Disorders. Neurologic Clinics. 16 (4), 919-935 (1998).
- 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).
- 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).
- Flor, H., Diers, M., Andoh, J. The neural basis of phantom limb pain. Trends in Cognitive Sciences. 17 (7), 307-308 (2013).
- Flor, H., Nikolajsen, L., Staehelin Jensen, T. Phantom limb pain: a case of maladaptive CNS plasticity? Nature Reviews. Neuroscience. 7 (11), 873-881 (2006).
- 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).
- 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).
- Subedi, B., Grossberg, G. T. Phantom limb pain: Mechanisms and treatment approaches. Pain Research and Treatment. 2011, (2011).
- Elbert, T., et al. Extensive reorganization of the somatosensory cortex in adult humans after nervous system injury. NeuroReport. 5 (18), 2593-2597 (1994).
- 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).
- Chan, B. L., et al. Mirror therapy for phantom limb pain. The New England Journal of Medicine. 357 (21), 2206-2207 (2007).
- 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).
- 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).
- Bolognini, N., Russo, C., Vallar, G.
- 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).
- 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).
- 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).
- Makin, T. R., et al. Phantom pain is associated with preserved structure and function in the former hand area. Nature Communications. 4, 1570 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Kim, S. Y., Kim, Y. Y. Mirror therapy for phantom limb pain. The Korean Journal of Pain. 25 (4), 272-274 (2012).
- 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).
- Flor, H., et al. Phantom-limb pain as a perceptual correlate of cortical reorganization following arm amputation. Nature. 375 (6531), 482-484 (1995).
- Genius, J., et al. Mirror Therapy:Practical Protocol for Stroke Rehabilitation. Pain Practice. 16 (4), 422-434 (2013).
- 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).
- 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).
- Goense, J., Bohraus, Y., Logothetis, N. K. fMRI at High Spatial Resolution: Implications for BOLD-Models. Frontiers in Computational Neuroscience. 10, 66 (2016).
- 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).
- 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).
- Henry, J. Virtual Reality in 2016: Its Power and Limitations. Medium. , (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- Bower, K. J., et al. Clinical feasibility of interactive motion-controlled games for stroke rehabilitation. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 12, 63 (2015).
- Reed, S. K. Structural descriptions and the limitations of visual images. Memory & Cognition. 2 (2), 329-336 (1974).
- 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).
- Jenkinson, M., Beckmann, C. F., Behrens, T. E. J., Woolrich, M. W., Smith, S. M.
- Smith, S. M., et al. Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL. NeuroImage. 23 (Supple), S208-S219 (2004).
- 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).
- 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).
