Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

הקרנת וידאו בזמן אמת ב- MRI פלואורסנציה ה"מפה עצביים הקשורים בטיפול מראה עבור כאב האיבר פנטום

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

אנו מציגים רומן בשילוב התנהגותית, דימות מוחי פרוטוקול המעסיקים הקרנת וידאו בזמן אמת לצורך אפיון את ה"מפה עצביים הקשורים במראה טיפול בתוך הסביבה סורק תהודה מגנטית ברגל קטועי איברים בנבדקים עם כאב האיבר פנטום.

Abstract

טיפול ראי (MT) הוצע כמו אסטרטגיית שיקומי יעיל כדי להקל על הסימפטומים והכאב, קטועי גפיים עם כאב האיבר פנטום (פיפ). עם זאת, הקמת את ה"מפה עצביים הקשורים MT טיפול יש כבר מאתגר בהתחשב בעובדה שקשה לנהל את הטיפול ביעילות בתוך סביבה סורק תהודה מגנטית (MRI). כדי לאפיין ארגון פונקציונלי של אזורים קורטיקליים המשויך האסטרטגיה שיקומית, פיתחנו פרוטוקול משולב דימות מוחי התנהגותית ופונקציונליים שניתן להחיל משתתפים עם כריתה הרגל. גישה חדשנית זו מאפשרת למשתתפים לעבור MT בתוך הסביבה סורק MRI על-ידי הצגת תמונות וידאו בזמן אמת, נתפס על ידי מצלמה. התמונות נצפים על-ידי המשתתף דרך מערכת של מראות, צג המשתתף צפיות בשכיבה על המיטה סורק. באופן זה, ניתן לאפיין שינויים פונקציונליים קורטיקלית תחומי עניין (למשל, sensorimotor cortex) בתגובה היישום הישיר של הר.

Introduction

פיפ מתייחס התחושה של כאב נתפס בתוך האזור המקביל חסר גפה postamputation1,2. מצב זה הוא נטל משמעותי בריאות כרוניות, יכולה להיות השפעה דרמטית על הפרט-איכות חיים-3,-4. הוצע כי שינויים במבנה המוח ומתפקדים לשחק תפקיד מהותי פיתוח, neuropathophysiology של פיפ5,6. עם זאת, ה"מפה עצבית הבסיסית של איך לפתח תסמינים כאב, איך הם ניתן להקל בתגובה הטיפול נשאר לא ידוע. חוסר מידע הוא בעיקר בשל האתגרים הטכניים והמגבלות הקשורות ביצוע גישה טיפולית נתון במסגרת המגבלות של סביבה דימות מוחי כגון MRI5,7,8 .

תוצאות של מספר מחקרים מייחסים את התפתחות פיפ כדי maladaptive neuroplastic רה-ארגון המתרחשים בתוך sensorimotor cortices, כמו גם באזורים אחרים של המוח. לדוגמה, הוכח כי בעקבות קטיעה של איבר, יש משמרת בייצוג המתאימים קורטיקליים sensorimotor של השכנה אזורים. כתוצאה מכך, באזורים הסמוכים ככל הנראה להתחיל פולשים האזורים בהם שימוש כדי שיתאימו הקטוע9,10. על מנת להקל על הסימפטומים והכאב הקשורים פיפ, טיפולים כגון הר או דימויים מנוע עשוי להיות יעיל9,11,12. הוא הציע כי שיכוך של סימפטומים מתרחשת דרך קרוס-מודאלי הקמתה מחדש של תשומות מביא, שסופקו על-ידי ההתבוננות במראה משתקפת תמונות מן האיבר nonaffected12,13, putatively 14,15,16,17. דרך התמונות האלה, המשתתפים מסוגלים לדמיין את השתקפות האיבר ההפוך במקום האחד נכרתה, ובכך ליצור אשליה שנותרו שני הגפיים. האשליה ואפקטים immersive בעבר נחקרו על-ידי Diers et al. במקצועות בריאות שבו הוערך השוואה של הפעלת פונקציונליות באמצעות MRI תפקודי (fMRI) לאחר שעברו פעילות או עם תיבת מראה נפוץ או מציאות מדומה 18. לעומת זאת, ה"מפה עצביים הקשורים ההיפוך של השינויים maladaptive neuroplastic שיכוך של סימפטומים נותרים ממעטים להבין. בנוסף, מנגנון הבסיסית של פיפ נותר נושא המחקר כפי ברור משינוי physiopathologic הבסיסי מאחורי התפתחות פיפ עדיין שהיישום הובהר ואילו הממצאים שנוי במחלוקת כבר חשף5, 19. כאמור לעיל, מחברים מרובים מייחסים את התפתחות כאב deafferentation וארגון בקליפת המוח של המוח מושפעת אזור (אזור של הגף הקטוע)6,7,8; עם זאת, מול תוצאות שתוארו על-ידי מאקין ומשתפי פעולה בו הנוכחות של כאב מזוהה עם שימור מבנה המוח, הכאב הוא מיוחס הפחתת הקישוריות פונקציונלי interregional19. לאור אלה שנויים במחלוקת, מול הממצאים, אנו מאמינים כי הגישה הרומן המובאת כאן תביא פרטים רלוונטיים נוספים למחקר של פיפ יאפשר מדענים להערכת ההשפעות של MT בסביבת חיים עם מידת המוח הפעלה תוך השוואתם עם רמות הכאב העריך שלנו פרוטוקול מלא19.

ספרות הקודם בנושא זה הוכיחו כי MT הוא אחד הטיפולים ההתנהגות המתאימה ביותר לטיפול של פיפ בשל יישום קל שלה עלויות נמוכות12. למעשה, מחקרים קודמים של טכניקה זו הראו עדות להיפוך של שינויים maladaptive בתוך קליפת sensorimotor העיקרי של קטועי גפיים עם פיפ8,20,21. אף-על-פי MT הוא אולי אחד הגישה הכי זול ויעיל ביותר לטיפול פיפ12,22,23,24, נדרשים מחקרים נוספים כדי לאשר אפקטים אלה מאז חלק מהחולים אינם מגיבים לסוג זה של טיפול8 ויש מחסור גדול ניסויים קליניים אקראיים המספקים תוצאות המבוססות על ראיות גבוהה25.

לאחד השערות לפיו MT יכול להפחית פיפ קשורה לעובדה כי תמונת ראי של חלק הגוף קטעו לא עוזר לארגן מחדש ולשלב ההתאמה בין קינסטזיה, משוב חזותי26. המנגנון הבסיסי של MT יכול להיות משויך השחזור של המיפוי maladaptive של המגע8,27,28.

הר, הנושאים הנדרשים לביצוע מספר משימות מוטוריים באמצעות איבר שלם שלהם (למשל, כיפוף והסיומת) תוך התבוננות במראה את האפקט הזה ממוקם האמצע של המשתתף הגוף, ובכך יוצר חי ומדויק ייצוג התנועה בתוך האזור של הקטוע29.

כדי להמשיך ולפתחו את ההבנה המדעית של ההיבטים פתופסיולוגיה מעורב פיפ, זה הכרחי כדי לאפיין טוב יותר השינויים neuroplastic כבסיס הנגרמות כתוצאה קטיעות גפה, כמו גם השיפור של הסימפטומים והכאב המסופקים על ידי הר בהקשר זה, טכניקות דימות מוחי, כגון fMRI, הופיעו כמו כלים רבי עוצמה המסייעים להבהיר את המנגנונים pathophysiologic המשויך רה-ארגון קורטיקלית ולספק רמזים לכיוון מיטוב לשיקום אנשים עם פיפ ב 30,ההקשר הקליני31. יתר על כן, הרזולוציה המרחבית הגבוהה המוענקת על ידי ה-fMRI (לעומת אלקטרואנצפלוגרם, לדוגמה) מאפשר מיפוי מדויק יותר של המוח תגובות, כגון ייצוגים אצבע ו ספרות, בקליפת sensorimotor יחד עם אזורים אחרים המוח32.

עד כה, נוירופיזיולוגיה המשויך MT עודנו בשל בחלק גדול לאתגרים של ביצוע ההליך בתוך הסביבה סורק (קרי, זה קשה עבור אדם יחיד לבצע את הטיפול תוך כדי שכיבה בסורק). כאן, אנו מתארים שיטה המאפשרת לאדם לבחון את תנועת הרגל שלהם ב בזמן אמת תוך שוכב פרקדן בתוך הגבולות הצרים של הסורק נשא. בילוי מדויקות של תחושה עזים, מקיפה שהפיק את הטיפול יכול ליצור מחדש באמצעות מצלמת וידאו לוכדת תמונות בזמן אמת של הרגל נע, ואת מערכת מראות צג ניתן לצפות ישירות על ידי המשתתף במחקר.

מחקרים שנעשו בעבר ניסו לשלב טכניקות כגון הקלטת וידאו, מציאות מדומה, אנימציות מוקלטת מראש כאמצעי כדי להציג את הגירוי החזותי, לעקוף את האתגרים הטכניים9,16,33 ,34. ובכל זאת, שיטות אלה כבר מוגבלת ב שלהם האפקטיביות35,36,37,38,39. במקרה מסוים של שימוש וידאו מוקלטות מראש, יש סינכרון לעיתים קרובות המסכן בין תנועות המשתתפים אלו שסופקו על-ידי הווידאו, כמו גם חוסר דיוק בתזמון, מה שמוביל רושם ריאליסטי זה האישי של הפרט הרגל הוא נע. על מנת לשפר את תחושת sensorimotor טבילה, נוסו טכניקות אחרות, כגון אנימציות סרוקים, ומציאות מדומה. ובכל זאת, הם נכשלו ליצור תחושות משכנע ויזואלית ברזולוציה נמוכה, שדה ראייה מוגבל, תנועות דמוי אדם לא מציאותי או nonnatural וכתוצאה נוכחות של תנועה לג (קרי, desynchronization של התנועה). בנוסף, העדר דוגמנות מדויקת בשילוב עם השליטה המסכן תכונות אחרות, כגון ההשפעות של חיכוך, תנע, כוח הכבידה, מעכבת את התפיסה של להרגיש חי, מקיפה40. עבור נכים, לכן שווה לחקור את האיבר אסטרטגיות כדי להבטיח כי הנושאים עוסקים בפעילות קוגניטיבית (תצפית) היו כורתות מקיפה על האשליה של תנועה. בסופו של דבר, המשאבים הדרושים עבור פיתוח ויישום אסטרטגיות מורכבות אלו עשויה לגזול זמן רב ו/או העלות אוסרני.

אנו מתארים גישה חדשה שאנו מאמינים יוצרת תחושה מציאותית ומלאי של טבילה לפיה המשתתף יכול לראות וידאו בזמן אמת וחיים של תמונת המתוכננת של האיבר שלהם בזמן שהם מבצעים, הפעלה של MT31. גישה זו מבוצעת כאשר הפרט היא שוכבת בתוך סורק נשא והוא ללא עלויות משמעותית או פיתוח טכני נרחב.

פרוטוקול זה הוא חלק מענק פרוייקט מחקר במכון הלאומי של בריאות (NIH) (RO1)-בחסות ניסוי קליני המעריכה את ההשפעות של השילוב של טכניקה neuromodulatory, כלומר טראנס זרם ישיר גירוי (tDCS), עם טיפול התנהגותי (ראי טיפול) על מנת להקל על כאב האיבר פנטום31. אנחנו להעריך שינויים בסולם אנלוגי חזותי (VAS) לכאב בנקודת ההתחלה, מראש, ואחרי כל מושב התערבות. fMRI משמש ככלי neurophysiologic על מנת להעריך שינויים מבניים בתפקוד המוח וייצור שההקלה של פיפ. לכן, אפ הראשוני מתקבל על מנת לקבל מפה בסיסית של הארגון מבנית של המוח של המשתתף, אשר תציג גם כי יש רה-ארגון maladaptive קורטיקלית5,6,8 , 11 , 13 , 14 , 18 , 28 או שאין19; באותו אופן, המדען ניתן להבחין באילו תחומים מופעלים בנקודת ההתחלה עם המשימה של MT על מנת להבין הפעלת בתגובה של האזורים הר; לבסוף, זה ניתן לקבל postintervention fMRI כדי לראות אם שינויים (אפנון) נוצרו בקורטיקלית לארגונו מחדש לאחר הטיפול המשולב עם tDCS ו MT וכדי לנתח אם שינויים אלה נמצאים בקורלציה או המשויך מידת השינוי כאב. לכן, פרוטוקול זה מאפשר למדענים להעריך את השינויים והעברתה בחולים עם PLPs במהלך MT, גם עוזר להם להבין אם שינויים אלה ראיתי ב- fMRI הקשורים לשינויים פיפ, ולכן מתן פרטים נוספים על איך MT משפיעה על פעילות מוחית מבנית ופונקציונליים לשינוי פנטום פיין.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הכנת נושא

  1. לפני השתתפות, יש את המשתתף למלא טופס הסכמה, בטיחות MRI הקרנת הערכה, האחרון בוצע על ידי הטכנאי דימות מוחי במתקן סריקה, כדי להבטיח כי המשתתף אין כל התוויות ידוע כדי מתבצעת סריקה (למשל, מתכת הגוף שלהם, היסטוריה של קלסטרופוביה, או הריון).
  2. לספק את המשתתף עם הוראות מפורטות לגבי ההליך ניסיוני.
  3. יש את הנושא להקשיב שמע מוקלט הדרכה כדי להבטיח כי הם מסוגלים להבין ולעקוב אחר ההוראות המפורטות במהלך ההליך סריקה.
  4. לבצע את אימון סורק מדומה כדי להקל את להכרות של ההוראות המשימות של סביבת סורק.
    הערה: הסורק מעושה דומה בכל דרך כדי לסורק MRI ממש רכישת נתונים, אך ללא המגנט הפעיל.
  5. לתת הוראות ברורות המשתתף כדי למנוע כל התנועות של האיבר שיורית, דמה כדי למנוע כל התכווצויות השרירים הגדם יכול להתערב עם האות למוח.

2. הכנת הניסוי

הערה: פרוטוקול ניסוי דומה מה שתיארנו קודם לכן למטרות של חוקרים את ה"מפה עצביים הקשורים עם הדימוי המנטלי של הזזת את הגפיים העליונות. כאן, אנחנו הסתגלו הגישה התנועה של הגפיים התחתונות. באופן ספציפי, המשימות התנהגותית תכלול את הדברים הבאים.

  1. לפני הכניסה מהחדר הסורק, שואל את המשתתף להסיר תותב שלהם ואת חפצי מתכת.
  2. יש לוודא כי הטכנאי MRI משתתף יש אין מתכת על הגוף שלהם שזה מוסיף אותם בסיכון.
  3. תחבורה המשתתף לחדר MRI גלגלים התואמים ל- MRI; לאחר מכן, לשאול את המשתתף כדי להעביר את עצמם למיטה סורק MRI.
  4. הר, בנוחות להציב יחידה בודדת, התואמים ל- MRI, אופקי מראה (10,000 מ מ x 255 מ"מ x 3 מ"מ) נתמכת על-ידי עמדה משולש בין הרגליים של המשתתף בעוד הם משקרים פרקדן על המיטה סורק. השתמש שקי חול על מנת לאפשר יציבות, מיצוב טוב יותר של השיקוף. צרף הדוכן מראה זרוע מתכווננת כך זה יכול להיות ממוקם על פי גובה הנבדק והמיקום ללא פנייה אל כל חלק של הגוף ( איור 1).

Figure 1
איור 1 : מצלמת וידאו ומראה להגדיר האם המראה ממוקם בין הרגליים בזווית של 45 מעלות בערך, תלוי בגובה של המשתתף ורמת קטיעה. המטרה היא לכסות את האיבר שיורית, להפוך אותה לבלתי נראית למערכות וידאו. שקי חול משמשים כדי לשמור על המראה בתנוחה הנכונה. מיקום המצלמה גם יכולת הסתגלות, ניתן בקלות לשנות את החצובה או למשכן וישימה (משנה את זווית המצלמה). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. על המשוב החזותי, הר מצלמה דיגיטלית התואמים ל- MRI על דוכן לחצובה המתכווננת ליד הרגל שלם של המשתתף ( איור 1).
    הערה: המצלמה בשימוש מפורט בטבלה של חומרים במחיר כ 217 USD. המצלמה רוכש תמונות ב- 1,080 פיקסלים רזולוציית התמונה. מאז המצלמה עצמה לא הונח הפנימי של ה MRI נשא, אין צורך costlier מערכות התואמים ל- MRI. המצלמה מחוברת לקוטב MRI-בטוח IV דרך צינור מודולרי מתכווננת כדי לאפשר שינוי מיקום.
  2. לצרף את המצלמה חצובה, ומאפשר התאמת המתאים זווית הצפייה ואת שדה ראייה.
  3. המקום השני מראה על הסליל MRI ראש, המאפשר את המשתתף להציג את תמונת הציג על המסך באופן ישיר תוך כדי שכיבה לגמרי בתוך הסורק נשא ( איור 2).

Figure 2
איור 2 : סכימטי של מצלמת וידאו והקרנה תמונת הסביבה סורק. הקרנת וידאו בזמן אמת של מערכת טיפול מראה מורכב שלוש תת-מערכות. 1) מערכת המשנה של מצלמה וצג. הוידאו משודרים לצג, אז הנושא יכול לצפות התנועות של הרגל ומראה הרגל בזמן אמת. 2) ראש סליל עם המראה המצורפת. הראי בתוך הסליל ראש מאפשר המשתתף לראות את המסך מבלי להזיז את הראש שלהם. המראה היא בזווית של 45° ' בגובה העיניים. 3) במראה, שקי חול. המראה התואמים ל- MRI מושם היטב בין הרגליים לבין האיבר שיורית בדרך כי זה מכסה את האיבר שיורית ומאפשר לטובה התמונה שתוצג. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. להגדיר את השידור תמונת וידאו בזמן אמת להישלח דרך מערכת מבוקרת מחשב ונשא הפרוייקט על גבי צג להניחה בתוך הסורק (ליד הראש של המשתתף).
    הערה: יש עיכוב הזמן ונתנים בין התחזית התנועה בפועל שנתפסו. התנועה בפועל ואת המשוב החזותי מופרדים באמצעות פחות משנייה אשר לא להתערב במערכות התחושה בזמן אמת, כאמור על ידי המשתתפים.

3. סריקה ואיסוף נתונים

  1. רוכשים את נתוני fMRI עם סורק T 3 באמצעות סליל ראש בהדרגה, מערך של ערוץ 8.
  2. לקבל רצפים הדמיה הכוללים תמונה ברזולוציה גבוהה משוקלל T1 מבניים (TE: 3.1 ms, יח: 6.8 ms, זווית flip: 9°, איזוטרופיות 1 מ"מ voxel בגודל) (סריקה אנטומי), דם חמצן-רמת-תלויי-(מודגש) fMRI אות מדידות באמצעות פרוטוקול מבוסס על מעבר multislice (מהיר-שדה) אקו-מישורי הדמיה (EPI) ופרמטרים סטנדרטי (TE: ms 28, ת ר: 2 s, זווית flip: 90°, 3 מ מ איזוטרופיות voxel בגודל, אוריינטציה axially, המכסה את כל המוח).
    הערה: כל תהליך הסריקה נמשך כ 30 דקות. זה כולל בסריקה (אנטומיה) המבני הראשוני 4 דקות ארבע המשימות (שימושית) רכישות שנמשך 6 דקות כל אחד. עבור כל פעילות (רכישה תפקודית), המטופל צפוי הקש שלהם רגל במהירות של ברז 1 כל שנייה.
  3. במהלך הסריקות, יש את המשתתף להרכיב בידוד צליל MRI תואם אוזניות (למשל, Westone) במהלך הסריקה לשמוע פקודות השמיעה של החוקר.
  4. כאשר המטופל מונח בסורק, משחק מסלול השמיעה כך המשתתף שומע סדרת רמזים השמיעה עבור ביצוע המשימה התנהגותית נתון.
  5. השתמש בפקודות הבאות: 1) "הרגל" לתנועה של הקטוע הרגל (ראה ההערה לאחר שלב 3.11); 2) "מראה" על התנועה של הרגל שלם תוך הצגת הקלטת וידאו בזמן אמת (ובכך התבוננות בתנועת הרגל במצב של ה"רגל בעזרת המראה); 3) "לנוח" שבו המשתתף מפסיק כל תנועת הרגל, שוכב ללא תנועה עם העיניים עצומות. בנוסף, יש החוקר אומר "התחל", "סיים" כדי לציין את תחילתו וסופו של נסים ניסיוני, בהתאמה ( איור 3).

Figure 3
איור 3 : המשימות עיצוב. העיצוב פעילות מורכב משלושה שלבים. במהלך השלב הראשון "הרגל", הנושא הוא הורה להזיז הרגל (כיפוף כף הרגל) בקצב של תנועה אחד כל 2 s (תנועות 10 20 s), בעיניים עצומות. עבור השלב השני "מראה", למשתתף יש להמשיך ללכת ברגל (תנועות 10 20 s) בזמן שאני מסתכל על המסך מציג את תמונת הראי בזמן אמת באינטרנט של הרגליים. השלב האחרון מורה הנושא לנוח.

  1. יש את המשתתף לבצע תנועה עם הרגל התחתונה nonamputated בעיניים עצומות (דהיינו, כיפוף plantar חוזרות ו הגבי כיפוף הרגל בקצב של ברז לכל s 2-3).
  2. המשתתף לבצע תנועת הרגל אותו, אבל עכשיו המשתתף מתבונן תמונת ראי של הרגל שלו/שלה נע במקום ה"רגל באמצעות לכידת וידאו בזמן אמת של התנועה של הרגל ללא פגע.
  3. יש את המשתתף לבצע מצב מנוחה, שבו היא מטילה עדיין עם תנועה של הרגליים.
    הערה: כל תנאי נמשך 20 s (קרי, גוש בניינים אחד ניסיוני = 60 s) במשך זמן ריצה באורך של 6 דקות (שש חזרות הפעלה ניסיונית עבור כל בלוק).
  4. איסוף נתונים במושב בודד לכל משתתף.
  5. להורות החוקר לשים לב של כל תנועות לא רצויים, בין, שלשול, להורות את המשתתף לשמור את הקצב הנכון ואת תנועות.
  6. ודא כי, אחרי ההליכים מתבצעים, החוקר מעביר את הנתונים המוצפנים כונן פלאש, מאחסן אותו במיקום מאובטח במתקן.
    הערה: ב פרוטוקול זה, המילה "הרגל" משמש במקום המילה "הרגל". אף-על-פי המשתתפים עושים רק רגל תנועות (עקב ריסון מהמכונה MRI), רובם יש חלק גדול יותר של האיבר התחתון היו כורתות ולא כאל הרגל קטועי גפיים, לא את הרגל.

4. ניתוח

  1. לנתח את הנתונים הדמייה תפקודית באמצעות טכניקות תקן30,41, באמצעות העיצוב ניתוח אורכי (בסיסית ו- posttreatment) ועיבוד זרם בחבילת התוכנה ספריית תוכנה FMRIB (FSL)42 ,43.
    1. עבור כל סריקה פונקציונלי, לבצע תיקון תנועה תלת-ממד בעזרת היישור כרך ראשון, סינון להסיר טמפורלית מגמות ליניארי, ולבצע תיקון עבור רכישת זמן פרוסה והחלקת המרחבי (ליבה לפי עקומת גאוס, 5.0 מ"מ רוחב--חצי מעבר גבוה מקסימום [FWHM]).
      1. מארק עבור אמצעי אחסון עם תנועה מעל 0.9 מ מ לכל כיוון עם זרם חריג חשוד טעות זיהוי עיבוד תנועה של FSL, מבחינה מתמטית "קטנים" אותם מתוך ניתוח סופי44.
        הערה: אם יותר מ- 25% מאמצעי האחסון המיועדים להסרת, כל רכישה לא להיות כלולים את ערכת הנתונים הכולל.
    2. Coregister כל אחד עיבוד מקדים פונקציונלי תמונות ברזולוציה גבוהה אנטומי ו, אז, הביאו אותם לחלל Talairach רגיל.
    3. מתאים מודל לינארי כללי (GLM) לקורס זמן voxel בו כל תנאי הניסוי הוא עוצב בידי regressor בוקסקאר זה צריך להיות החליק עם פונקציית ההיגב והמודינמיקה כפול-גמא.
    4. השתמש ברזולוציה גבוהה של האנטומי T1-משוקלל נפח אנטומי לבנות רשת קורטיקלית המנופח של משטח כדי לראות את ההפעלה sulcal של אז, פרוייקטים בודדים נושא מפות עבור כל ניגוד מעניין על הנושא של משוחזר רשת.
      הערה: ההקרנות צריך מציגות את ערכי משמעותי של GLM. לקבוע סף הערך מובהקות סטטיסטית הקריטריון סטנדרטי של 0.001 < p תיקון להשוואות מרובות, באמצעות התאמה לאשכול-גודל הסף.
  2. לנהל את אזור הניתוח ריבית (ROI).
    1. להגדיר רועי הראשי בהרחבה עם FreeSurfer Desikan אטלס45 של קליפת sensorimotor הראשי, ואז, ללטש אותה לכל נושא, באמצעות הפעלת פונקציונליות נושא ספציפי במהלך הרגל לעומת שאר תנאי הסריקה בסיסית.
    2. משקפים מעודן רועי הראשית אל אזור הומולוגיים של ההמיספרה הנגדית (קרי, חולשת ראשי sensorimotor ייצוג של האיבר התחתון ללא פגע).
    3. השתמש את תקן FreeSurfer אנטומי Desikan אטלס45 להגדרת כולו (דו-צדדי) העורפית קליפת הראיה עבור רועי משנית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

יצירת התחושה המשויכים MT באמצעות הקרנת וידאו בזמן אמת הוא ריאלי. המשתתפים דיווחו סובייקטיבי כי תמונת הוידיאו נתפס. זה כמו חיים ויש התחושה מקיפה.

יתר על כן, הדפוסים של הפעלת בקליפת המוח הקשורים MT (קרי, התנועה של הרגל והצגת התמונה המוקרנת ראי) בסביבת הסורק הם חזקים. במחקר פיילוט, התגובות MT קורטיקלית נרשמו באמצעות fMRI משתתף עם התחתון-גפה מהבאים רגל שמאל (זכר, בן 56, טראומטי קטיעה של הרגל התחתונה מתחת לברך) פרוטוקול המשימה המתוארת לעיל. השוואה בין תנועת הרגל לעומת מצב מנוחה הביא הפעלה חזקה של תוך הייצוג sensorimotor של הרגל של contralateral (כלומר, משמאל) האונה. הפעלת קורטיקלית חולשת נצפתה בתוך אזור הרגל sensorimotor (איור 4A). התנאי מראה לעומת שאר תנאי אישר גם הפעלה contralateral, כמו גם חולשת חזקים של הייצוג sensorimotor הרגל קורטיקלית. בנוסף, הפעלת קורטיקלית חזקים נראתה עם אחורי העורף (קרי, חזותי) אזורים קורטיקליים הקשורים עם הצגת התמונה המוקרנת של הרגל נע.

הדפוסים של הפעלת תיאר מייצגים הפעלות-התנאי בסיסית, כלומר, ביוזמתו של תקופת הטיפול. תגובות ראשוניות לשמש להגדרת ההפעלה הבסיסית לענין הגדרת אזורים של עניין (ROIs), השוואה עוקבות אחרי הפרוטוקול MT הושלמה בתוך כל אדם.

Figure 4
איור 4 : נציג דוגמה ההפעלות בקליפת המוח בתגובה מראה טיפול בתוך סורק MRI של. (א) השוואה בין תנועת הרגל לעומת מצב מנוחה הביא הפעלה חזקה של תוך הייצוג sensorimotor של הרגל של contralateral (כלומר, משמאל) חולשת למנגנון. (B) התנאי מראה לעומת שאר תנאי אישר גם הפעלה חזקה של contralateral, חולשת של ייצוג sensorimotor הרגל בקליפת המוח, כמו גם העורף (קרי, חזותי) הפעלת בקליפת המוח הקשורים צפייה התמונה המוקרנת של הרגל נע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

פרוטוקול זה מתאר של הרומן, ריאלי הליך המאפשר חוקרים לאפיין במדויק את ה"מפה עצביים הקשורים MT אצל אנשים עם פיפ.

כמו בעבר הזכיר, אחרי מחקרים ניסו לחקור את ה"מפה עצביות הקשורות MT לטיפול על ידי שילוב טכניקות שונות כגון הקלטת וידאו, מציאות מדומה, אנימציות מוקלטת מראש9,33 ,34. עם זאת, גישות אלה היה מוגבל מבחינת האפקטיביות-37,-38,-39. בפרוטוקול שמפורטות כאן, אנו משלבים אלמנטים פשוטים, זמינים מסחרית, בעלות נמוכה כדי ליצור תחושה כמו חיים, מקיפה הקשורים עם MT בתוך הסביבה MRI. כל הציוד בשימוש MRI תואם (קרי, חומרים nonferromagnetic) יכול להיות בקלות להתאים ואני שונה עבור כל אדם. רכיבי מפתח מורכב שלוש שביצעת הראשי: מצלמת וידאו וצג (1); (2) המראה רפלקטיביים המצורפת את הגליל ראש; (3) ראי רפלקטיביים גדול ותומך. הוידאו משודרים לצג כדי הנושא לצפות התנועות של הרגל ומראה הרגל בזמן אמת. הכיוון של הראי בתוך הסליל ראש מאפשר המשתתף להציג את המסך בשכיבה פרקדן, ללא תנועה מוגזמת של הראש. המראה מכוון אורך הרגל הקטוע של הנושא באמצעות לכוונון על מנת להימנע מכל מגע עם הרגל של המשתתף. חדרי קירור והקפאה, ניתוח מנקודת מבט, ניתוח המידע הדמייה תפקודית תוך שימוש בטכניקות סטנדרטי (קרי, אזור של ניתוח ריבית) תוך שימת דגש מיוחד על30,עיצוב האורך פוסט טרום41.

מלבד התחושה immersive החיים האמיתיים הניתנים למשתתף, יתרון נוסף של פרוטוקול זה הוא כי המערכת יכול להיות מותאם למטרות של במלונות שונים הגפיים (עליון ותחתון) והוא יכול לשמש כדי לבדוק כל שילוב של תנועת הגפיים.

התחושה immersive שמספק את שידור וידאו הוא גורם חשוב בכל הנוגע ליצירת האפקט הטיפולי פוטנציאלי של הר השימוש של וידאו בזמן אמת מצלמת הווידאו שנלכד כפי שהוצג כאן יכול להיות מעולה כדי בעבר גישות כגון תמונות ממוחשבות, מציאות מדומה או תמונות מוקלטות. עם זאת, אנחנו לא להשוות טכניקה זו עם אשליה אופטית אלה. יתר על כן, מחקר קודם משתתפים בריאים הערכת תפקודי המוח ההפעלה לאחר ביצוע משימה עם קופסת המראה קונבנציונאלי, דמות וירטואלית מוקרן המציאות של הגפיים העליונות. התוצאות של המחקר הזה, Diers, משתפי פעולה נמצאו אין הבדלים בין חיוניות או האותנטיות הנתפסת של האשליה בין האשליה למציאות חזותי מראה תיבת טיפול18.

מצד שני, פרוטוקול זה יש גם את מגבלות ואתגרים משויך: בשל אופיו של תנועת הרגל, תנועה חפצים (כלומר המשויכת תנועת ראש מוגזמת) עלול לסכן את איכות הנתונים. למרות לחולה מותר לראות תמונת חיה המתוכננת של האיבר משלהם, הפרוטוקול חסרה שאלון כדי להעריך כראוי את חיוניות ו טבילה שמרגיש המשתתף במהלך המשימות. בנוסף, לא נשווה את הפעילות המבוצעת בטכניקה זו עם אסטרטגיות אחרות, כגון גירויים חזותיים בלבד של הקלטה של תנועת הרגל בלי המטופל למעשה ביצוע התנועה או מציאות מדומה תחזית הדמיה של הקצה התחתון העברה. זה נעשה במיוחד כי זה לא המטרה של פרוטוקול זה, כי ישנם מחקרים קודמים יש כבר למד, לעומת התערבויות אלה ונחשפת אין הבדל הדפוס של ההפעלה, כמו גם אין הבדל חיות הפעילות בין התערבויות, כפי שהוזכר לעיל18. בנוסף, כדי להתגבר על אתגרים הקשורים התנועה, אנחנו מועסקים הנוכחי המדינה-of-the-art תנועה זיהוי ותיקון אסטרטגיות26. כדי לשפר את איכות הנתונים, אסטרטגיות חדשות (למשל, בריסון פיזי ממוקם סביב המותניים של הנושא כדי לסייע בבידוד התנועה) להיות נרדפים. לבסוף, לגבי שינויים, פתרון בעיות, בתחילה היה לנו דוכן מצלמה קבועה שלא איפשרה לנו להשיג וללכוד שלמאחה התחתון של המטופל האיבר ההשתקפות במראה; עם זאת, ניצול של מעמד, הצלחנו להשיג את השידור התמונה ומדויקת ביותר. בנוסף, במהלך הצעדים הראשונים של ההתפתחות של הפרוטוקול, דוכן המראה היה שביר וירדו בקלות עם כל תנועה קלה. זה היה להתגבר כאשר שקי החול נוספו לתת יציבות מצרף המראה.

לבסוף, ניתן להקל על יישום של הגדרת הניסוי, גישה זו עשוי לאפשר הערכת ההשפעות של MT לא רק בתוך האיבר קטועי גפיים, אלא גם בתנאים אחרים אשר להשתמש בשיטה זו לטיפול, כגון שבץ ופציעות בחוט השדרה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי מענק 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 

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

מדעי המוח גיליון 146 כאב האיבר פנטום fMRI הדמיה מוחית טיפול ראי קטיעה והנוירולוגיה הפלסטית קליפת sensorimotor
הקרנת וידאו בזמן אמת ב- MRI פלואורסנציה ה"מפה עצביים הקשורים בטיפול מראה עבור כאב האיבר פנטום
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