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Neuroscience

Proiezione Video in tempo reale in una risonanza magnetica per la caratterizzazione di componenti neurali associati con la terapia di specchio per dolore dell'arto fantasma

doi: 10.3791/58800 Published: April 20, 2019

Summary

Vi presentiamo un romanzo combinato comportamentale e neuroimaging protocollo impiegando proiezione video in tempo reale allo scopo di caratterizzare i correlati neurali connessi con la terapia di specchio all'interno dell'ambiente di scanner di risonanza magnetica in gamba soggetti amputati con dolore dell'arto fantasma.

Abstract

Terapia dello specchio (MT) è stata proposta come un'efficace strategia rieducativa per alleviare i sintomi di dolore in amputati con dolore dell'arto fantasma (PLP). Tuttavia, stabilire delle correlazioni neurali associate con la terapia di MT sono stato impegnativo dato che è difficile da amministrare la terapia in modo efficace all'interno di un ambiente di scanner a risonanza magnetica (MRI). Per caratterizzare l'organizzazione funzionale di regioni corticali associate a questa strategia rieducativa, abbiamo sviluppato un protocollo combinato neuroimaging funzionali e comportamentali che possa essere applicato in partecipanti con un'amputazione della gamba. Questo nuovo approccio permette ai partecipanti di subire MT all'interno dell'ambiente di scanner MRI visualizzando in tempo reale immagini video catturate da una telecamera. Le immagini sono visualizzate dal partecipante attraverso un sistema di specchi e un monitor che il partecipante viste mentre giaceva sul piano dello scanner. In questo modo, modifiche funzionali in aree corticali di interesse (ad es., corteccia sensorimotoria) possono essere caratterizzate in risposta all'applicazione diretta di MT.

Introduction

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PLP si riferisce alla sensazione di dolore percepito all'interno dell'area corrispondente all'arto mancante postamputation1,2. Questa condizione è un notevole onere sanitario cronico e può avere un impatto drammatico sulla qualità della vita3,4 di un individuo. È stato suggerito che alterazioni nella struttura del cervello e funzione giocano un ruolo fondamentale nello sviluppo e Neurofisiopatologia di PLP5,6. Tuttavia, i correlati neurali sottostanti di come sviluppano i sintomi di dolore e di come possono essere alleviati in risposta al trattamento rimangono sconosciuti. Questa mancanza di informazioni è principalmente a causa di difficoltà tecniche e limitazioni connesse con l'esecuzione di un determinato approccio terapeutico entro i limiti di un ambiente di neuroimaging come MRI5,7,8 .

Risultati da una serie di studi attribuiscono lo sviluppo di PLP alla riorganizzazione disadattivi neuroplastici che si verificano all'interno della corteccia sensorimotoria, nonché in altre aree del cervello. Ad esempio, è stato indicato che dopo l'amputazione di un arto, c'è un cambiamento nella corrispondente rappresentazione corticale sensorimotoria di zone limitrofe. Di conseguenza, zone limitrofe a quanto pare iniziare invadendo le zone che utilizzati per corrispondere all'arto amputato9,10. Al fine di alleviare i sintomi di dolore connessi con PLP, trattamenti quali MT o immaginazione motoria possono essere efficace9,11,12. È suggerito che l'alleviamento dei sintomi si verifica putativamente attraverso il cross-modale ristabilimento degli input afferente, forniti tramite l'osservazione di immagini specchio-traduce dall'arto nonaffected12,13, 14,15,16,17. Attraverso queste immagini, i partecipanti sono in grado di visualizzare il riflesso dell'arto opposto invece di quella che è stata amputata, creando così l'illusione che rimangono entrambi gli arti. L'illusione e coinvolgenti effetti sono stati studiati in precedenza da Diers et in soggetti sani, in cui un confronto dell'attivazione funzionale attraverso la risonanza magnetica funzionale (fMRI) è stato valutato dopo aver subito un'attività con una comune scatola dello specchio o realtà virtuale 18. Tuttavia, rimangono poco compresi i correlati neurali associati con l'inversione dei cambiamenti neuroplastici disadattivi e l'alleviamento dei sintomi. Inoltre, il meccanismo di fondo di PLP rimane un argomento di ricerca, come l'alterazione fisiopatologico sottostante chiaro dietro lo sviluppo di PLP è ancora non completamente chiarita mentre scoperte controverse sono state rivelate5, 19. Come detto sopra, più autori attribuiscono lo sviluppo del dolore da deafferentazione e riorganizzazione corticale del cervello colpite (zona dell'arto amputato)6,7,8; Tuttavia, risultati opposti sono stati descritti da Makin e collaboratori in cui la presenza di dolore è associata con la conservazione della struttura del cervello e dolore è attribuito a una riduzione interregionale connettività funzionale19. In considerazione di queste controverse e di fronte risultati, crediamo che il nuovo approccio presentato qui porterà ulteriori informazioni pertinenti allo studio di PLP e permetterà agli scienziati di valutare gli effetti della MT in un ambiente reale con il grado di cervello attivazione mentre confrontandoli con i livelli di dolore valutato nel nostro protocollo completo19.

La letteratura precedente su questo argomento ha dimostrato che la MT è una delle terapie del comportamento più appropriate per il trattamento di PLP grazie alla sua facile implementazione e bassi costi12. Infatti, gli studi precedenti di questa tecnica hanno dimostrato evidenza di un'inversione di disadattivi cambiamenti all'interno della corteccia sensorimotoria primaria in amputati con PLP8,20,21. Anche se MT è forse uno l'approccio più economico e più efficace per il trattamento di PLP12,22,23,24, ulteriori studi sono necessari per confermare questi effetti dal momento che alcuni pazienti non rispondere a questo tipo di trattamento8 e c'è una mancanza di grandi studi clinici randomizzati che forniscono risultati di alta-evidence-based25.

Una delle ipotesi da cui MT può ridurre PLP è relativo al fatto che l'immagine speculare della parte del corpo amputata non aiuta a riorganizzare e integrare la mancata corrispondenza tra propriocezione e feedback visivo26. I meccanismi di fondo di MT potrebbero essere associati con la reversione della mappatura disadattivi di somatosensory8,27,28.

Per MT, soggetti sono tenuti a eseguire diverse attività motorie e sensoriali, utilizzando il loro arto intatto (ad es., flessione ed estensione) osservando questo effetto in uno specchio situato sulla linea mediana del corpo del partecipante, creando così un vivido e preciso rappresentazione del movimento all'interno dell'area dell' arto amputato29.

Per sviluppare ulteriormente la comprensione scientifica degli aspetti patofisiologia coinvolti in PLP, è fondamentale caratterizzare meglio i cambiamenti neuroplastici sottostanti tale risultato da amputazioni dell'arto, così come il miglioramento dei sintomi di dolore fornito da mt A questo proposito, le tecniche di neuroimaging, come fMRI, sono emersi come potenti strumenti per contribuire a delucidare i meccanismi patofisiologici associati riorganizzazione corticale e forniscono indizi verso ottimizzando la riabilitazione di individui con PLP in il contesto clinico30,31. Inoltre, l'elevata risoluzione spaziale offerto da fMRI (rispetto a elettroencefalografia, per esempio) consente di mapping più accurato delle risposte del cervello, le rappresentazioni di dito e cifre, nella corteccia sensorimotoria insieme ad altre regioni del il cervello32.

Fin qui, la neurofisiologia associata MT rimane inafferrabile dovuta in gran parte alle sfide dell'espletamento della procedura all'interno dell'ambiente dello scanner (cioè, è difficile per un individuo di eseguire la terapia mentre trovandosi nello scanner). Qui, descriviamo un metodo che consente per un individuo di osservare i propri movimenti di gamba in foro in tempo reale mentre sdraiato supino all'interno dei ristretti confini dello scanner. Un'accurata ricreazione della intensa e coinvolgente sensazione suscitata dalla terapia può essere ricreata usando una videocamera che cattura le immagini in tempo reale di piedino commovente e di un sistema di specchi e un monitor che può essere visualizzato direttamente dal partecipante di studio.

Studi condotti in passato hanno tentato di incorporare tecniche come la registrazione video, realtà virtuale e animazioni preregistrate come mezzi per presentare lo stimolo visivo ed eludere queste sfide tecniche9,16,33 ,34. Eppure, queste tecniche sono state limitate nella loro efficacia35,36,37,38,39. Nel caso particolare dell'utilizzo di un video preregistrato, c'è una sincronizzazione spesso povera tra i movimenti dei partecipanti e quelli forniti dal video, come pure una mancanza di precisione di temporizzazione, che conduce a una pessima impressione realistica che dell'individuo gamba è in movimento. Al fine di migliorare questo senso di immersione sensorimotoria, altre tecniche, come la realtà virtuale e animazioni digitalizzate, sono state tentate. Eppure, non sono riusciti a generare sensazioni visivamente convincente a causa di una risoluzione di immagine bassa, un limitato campo di vista, irrealistici o nominerà umano-come movimenti e presenza di lag movimento (cioè, ad eliminare la desincronizzazione del movimento). Inoltre, la mancanza di un'accurata modellizzazione combinata con lo scarso controllo sopra altre caratteristiche, quali gli effetti di attrito, slancio e gravità, ostacola la percezione di una sensazione intensa e coinvolgente40. Pertanto, per amputati, vale la pena di esplorare strategie affinché i soggetti sono impegnati nel compito cognitivo (osservazione) e coinvolgente sull'illusione di amputato degli arti di movimento. Infine, le risorse necessarie per sviluppare e implementare queste strategie complesse possono richiedere molto tempo e/o costo proibitive.

Descriviamo un nuovo approccio che crediamo che crea un senso realistico e vivido di immersione per cui il partecipante può vedere un video in diretta e in tempo reale dell'immagine proiettata del proprio arto mentre compiono una sessione di MT31. Questo approccio viene eseguito mentre l'individuo sta mentendo nel foro dello scanner ed è senza costi notevoli o vasto sviluppo tecnico.

Questo protocollo è parte di una sovvenzione di progetto di ricerca di National Institutes of Health (NIH) (RO1)-sponsorizzato test clinico che valuta gli effetti della combinazione di una tecnica di neuromodulatory, vale a dire la stimolazione transcranica corrente continua (tDCS), con un terapia comportamentale (specchio terapia) al fine di alleviare il dolore dell'arto fantasma31. Valutiamo le modifiche in scala analogica visiva (VAS) per dolore al basale, prima e dopo ogni sessione di intervento. fMRI è utilizzato come strumento di neurophysiologic al fine di valutare i cambiamenti strutturali nella funzione del cervello e la sua correlazione con il rilievo di PLP. Pertanto, si ottiene una risonanza magnetica funzionale iniziale al fine di avere una mappa di base dell'organizzazione strutturale del cervello del partecipante, che neanche vi mostrerà che esiste riorganizzazione corticale maladattativa5,6,8 , 11 , 13 , 14 , 18 , 28 o che non c'è19; allo stesso modo, lo scienziato può osservare quali aree sono attivate alla linea di base con il compito di MT al fine di comprendere attivazione risposta delle aree a MT; Infine, è possibile ottenere una seconda postintervention di fMRI per vedere se le modifiche (modulazione) sono state generate nella riorganizzazione corticale dopo la terapia combinata con TDC e MT e analizzare se tali modifiche sono correlate o connessi con il grado del cambiamento di dolore. Di conseguenza, questo protocollo permette agli scienziati di valutare i cambiamenti di riorganizzazione strutturale in pazienti con PLPs durante MT e aiuta anche a capire se questi cambiamenti veduti in fMRI sono associati con i cambiamenti in PLP, pertanto fornire ulteriori dettagli su come MT colpisce attività strutturali e funzionali del cervello di modificare dolore fantasma.

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Protocol

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1. preparazione del soggetto

  1. Prima della partecipazione, che il partecipante a completare un modulo di consenso e una sicurezza di MRI valutazione di screening, quest'ultimo effettuato dal tecnico di neuroimaging presso la struttura di scansione, per garantire che il partecipante non dispone di eventuali controindicazioni conosciute per sottoposto a scansione (ad es., metallo nel loro corpo, una storia di claustrofobia, o gravidanza).
  2. Fornire al partecipante con istruzioni dettagliate per quanto riguarda la procedura sperimentale.
  3. Sono il soggetto di ascoltare un audio registrato didattico per garantire che siano in grado di capire e seguire le istruzioni fornite durante la procedura di scansione.
  4. Svolgere una pratica eseguita in uno scanner fittizio per facilitare la familiarizzazione delle istruzioni attività all'interno dell'ambiente di scanner.
    Nota: Lo scanner fittizio è simile in ogni modo allo scanner MRI reale l'acquisizione di dati, ma senza il magnete attivo.
  5. Dare istruzioni chiare al partecipante per evitare eventuali movimenti dell'arto fantasma e residua per evitare eventuali contrazioni dei muscoli ceppo che possono interferire con il segnale del cervello.

2. preparazione dell'esperimento

Nota: Il protocollo sperimentale è simile a che cosa precedentemente è stato descritto per le finalità di indagare i correlati neurali connessi con il linguaggio figurato mentale di muovere gli arti superiori. Qui, abbiamo adattato l'approccio al movimento degli arti inferiori. In particolare, i compiti del comportamento sono le seguenti.

  1. Prima di entrare nella stanza dello scanner, chiedere al partecipante di rimuovere la protesi e oggetti metallici.
  2. Sono il tecnico di MRI assicurarsi che il partecipante non ha nessun metallo sul loro corpo che potrebbe mettere a rischio.
  3. Trasporto al partecipante di camera MRI in una sedia a rotelle MRI compatibili; Dopo di che, chiedere al partecipante di trasferire se stessi al piano dello scanner MRI.
  4. Per la MT, comodamente posizionare uno specchio monoblocco, MRI-compatibile, orizzontale (10.000 x 255 x 3 mm) sostenuto da un basamento triangolare tra le gambe del partecipante mentre essi sono sdraiato supino sul piano dello scanner. Utilizzare sacchetti di sabbia per consentire la stabilità e un migliore posizionamento dello specchio. Fissate il supporto specchio ad un braccio regolabile in modo che può essere posizionato secondo altezza del soggetto e posizionamento senza contatto con qualsiasi parte del corpo ( Figura 1).

Figure 1
Figura 1 : Videocamera e specchio set up Lo specchio è posizionato tra le gambe con un angolo di circa 45°, a seconda della altezza del partecipante e livello di amputazione. L'obiettivo è quello di coprire il moncone e renderla invisibile ai sistemi video. Sacchi di sabbia sono utilizzati per mantenere lo specchio nella posizione corretta. Il posizionamento della telecamera è anche adattabile e possa essere facilmente modificato utilizzando il treppiede o il garretto adattabile (cambia l'angolo della fotocamera). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Per il feedback visivo, è possibile montare una fotocamera digitale compatibile MRI su un basamento del treppiedi regolabile vicino la gamba intatta del partecipante ( Figura 1).
    Nota: La fotocamera utilizzata è elencata nella Tabella materiali e costi circa 217 USD. La telecamera acquisisce immagini in risoluzione 1.080 pixel dell'immagine. Poiché la fotocamera stessa non è stato disposto all'interno del MRI foro, non c'è la necessità di costosi sistemi MRI compatibili. La fotocamera è attaccata ad un palo di MRI-cassaforte IV tramite un tubo modulare a collo di cigno per attivare le modifiche di posizionamento.
  2. Montare la fotocamera su un treppiede, permettendo la regolazione appropriata del angolo di visione e di campo.
  3. Posto un secondo specchio sulla bobina testa MRI, che permetterà al partecipante di visualizzare l'immagine presentata sul monitor direttamente mentre giaceva completamente all'interno dello scanner del foro ( Figura 2).

Figure 2
Figura 2 : Schematico della videocamera e proiezione di immagini nell'ambiente dello scanner. La proiezione dei video in tempo reale del sistema specchio terapia è costituito da tre sottosistemi. 1) sottosistema telecamera e monitor. Il video è trasmesso al monitor, quindi il soggetto può osservare i movimenti di gamba gamba e specchio in tempo reale. 2) la testa della bobina con lo specchio fissato. Lo specchio nella bobina testa permette al partecipante di guardare il monitor senza muovere la testa. Lo specchio è ad un angolo di 45° a livello degli occhi. 3) lo specchio e sacchi di sabbia. Lo specchio di MRI compatibili è accuratamente posizionato tra le gambe e il moncone in modo che copre il moncone e permette per la migliore immagine per essere mostrato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Impostare la trasmissione di immagini video in tempo reale per essere inviati tramite un sistema computerizzato e il progetto su un monitor posizionato sul retro dello scanner alesa (vicino alla testa del partecipante).
    Nota: Non c'è nessun ritardo percepibile tra la proiezione e l'effettivo movimento catturato. Il movimento effettivo e il feedback visivo sono separati da meno di un secondo che non interferisce con la sensazione in tempo reale, come indicato dai partecipanti.

3. scansione e raccolta dati

  1. Acquisire dati fMRI con uno scanner di T 3 usando una bobina testa di 8 canali phased-array.
  2. Ottenere sequenze di imaging che includono un'alta risoluzione immagine strutturale di T1-weighted (TE: 3,1 ms, TR: 6,8 ms, angolo di vibrazione: 9°, dimensioni voxel isotropo 1 mm) (scansione anatomico) e sangue-ossigeno-livello-dependent (BOLD) fMRI segnale misurazioni utilizzando un protocollo basato il gradiente TC multistrato (fast-campo) echo-planar imaging (EPI) e parametri standard (TE: 28 ms, TR: 2 s, flip angolo: 90°, la dimensione del voxel isotropo 3mm, orientato assialmente e coprendo l'intero cervello).
    Nota: La procedura di scansione intera dura circa 30 minuti. Questo include una scansione (anatomiche) strutturale iniziale 4 min e attività quattro acquisizioni (funzionale) durata 6 min ogni. Per ogni attività (acquisizione funzionale), il paziente dovrebbe toccare il piede ad una velocità di 1 rubinetto ogni secondo.
  3. Durante le scansioni, che il partecipante indossa sound-isolating-MRI compatibile con cuffie (ad es., Westone) durante la sessione di scansione di sentire comandi uditiva dello sperimentatore.
  4. Mentre il paziente è disteso nello scanner, riprodurre il brano uditivo affinché il partecipante si sente una serie di segnali uditivi per eseguire il compito dato comportamentale.
  5. Utilizzare i seguenti comandi: 1) "gamba" per il movimento dell'amputato della gamba (Vedi la nota dopo il passo 3.11); 2) "mirror" per il movimento della gamba intatta durante la visualizzazione di una registrazione video in tempo reale (così osservando il movimento di una gamba nella posizione della gamba amputata utilizzando lo specchio); 3) "riposo" in cui il partecipante si interrompe qualsiasi movimento delle gambe e giace immobile con gli occhi chiusi. Inoltre, hanno l'investigatore dice "start" e "fine" per indicare l'inizio e la fine della corsa sperimentale, rispettivamente ( Figura 3).

Figure 3
Figura 3 : Progettazione delle attività. La progettazione di attività è costituito da tre passaggi. Durante il primo passaggio di "gamba", il soggetto è incaricato di muovere la gamba (che flette il piede) ad un ritmo di circa un movimento ogni 2 s (10 movimenti in 20 s), con gli occhi chiusi. Per il secondo passaggio di "specchio", il partecipante deve continuare a muoversi la gamba (10 movimenti in 20 s) mentre guardando il monitor del video che mostrano l'immagine di specchio online in tempo reale delle gambe. L'ultimo passaggio incarica il soggetto per riposare.

  1. Che il partecipante di eseguire un movimento con la gamba inferiore nonamputated con gli occhi chiusi (cioè, ripetuti di flessione plantare e flessione dorsale del piede ad un ritmo di circa un rubinetto a 2-3 s).
  2. Che il partecipante di eseguire lo stesso movimento della gamba, ma ora il partecipante osserva un'immagine speculare della sua gamba in movimento nel posto la gamba amputata utilizzando acquisizione video in tempo reale del movimento della gamba intatto.
  3. Che il partecipante eseguire una condizione di riposo, in cui lui/lei depone ancora con nessun movimento delle gambe.
    Nota: Ogni condizione dura per 20 s (cioè, un blocco sperimentale = 60 s) per un tempo di esecuzione lunghezza di 6 min (sei ripetizioni della corsa sperimentale per blocco).
  4. Raccogliere i dati in una singola sessione per ogni partecipante.
  5. Istruire l'investigatore di prendere nota di eventuali movimenti indesiderati e, tra le piste, per indicare al partecipante di mantenere il ritmo corretto e movimenti.
  6. Assicurarsi che, dopo le procedure sono eseguite, l'investigatore trasferisce i dati a un'unità flash crittografata e lo memorizza in un luogo sicuro all'interno della struttura.
    Nota: Nel presente protocollo, la parola "gamba" è usata al posto della parola "piede". Anche se i partecipanti sono solo facendo movimenti (a causa di restrizioni dalla macchina MRI) del piede, la maggior parte di loro hanno una più grande parte dell'arto inferiore amputato e vengono denominata mutilati alle gambe, non a piedi.

4. analisi

  1. Analizzare i dati di neuroimaging funzionale tramite tecniche standard30,41, utilizzando il design di analisi longitudinale (baseline e dopo trattamento) ed elaborazione flusso nel pacchetto software FMRIB Software Library (FSL)42 ,43.
    1. Per ogni analisi funzionale, eseguire la correzione del movimento 3D utilizzando l'allineamento di volume primo, passa-alto filtro per rimuovere le tendenze lineari temporale ed eseguire una correzione per acquisizione tempo fetta e ammorbidimento spaziale (kernel gaussiano, 5,0 mm larghezza piena a metà massimo [FWHM]).
      1. Contrassegnare i volumi con un movimento superiore a 0,9 mm in ogni direzione con flusso di valore erratico rilevazione elaborazione del movimento di FSL e matematicamente "macchia" da analisi finale44.
        Nota: Se più del 25% dei volumi sono indicati per la rimozione, l'intera acquisizione dovrebbe escludersi dal dataset totale.
    2. Coregister ciascuna delle immagini funzionali pre-elaborate per l'alta risoluzione anatomiche e, poi, li mettono in spazio di Talairach standard.
    3. Montare un modello lineare generale (GLM) ad un corso di tempo di voxel dove ogni condizione sperimentale è modellato da un regressore boxcar che dovrebbe essere lisciato con funzione doppio-gamma risposta emodinamica.
    4. Utilizzare l'alta risoluzione anatomica T1-ponderata volume anatomico per costruire una mesh di superficie corticale gonfiate per vedere l'attivazione solcale e quindi, progetto singolo soggetto mappe per ogni contrasto di interesse sul soggetto di ricostruito maglia.
      Nota: Le proiezioni dovrebbero mostrare i valori significativi dal GLM. Impostare la soglia di valore di significatività statistica presso il criterio standard di p < 0,001 corretto per i confronti multipli, usando una regolazione soglia di dimensione del cluster.
  2. Condurre una regione di analisi di interesse (ROI).
    1. Definire il ROI primario largamente con Desikan Atlante45 della corteccia sensorimotoria primaria di FreeSurfer e, quindi, raffinare per ciascun soggetto utilizzando l'attivazione funzionale di oggetto specifico durante la gamba vs condizione di riposo alla scansione della linea di base.
    2. Riflettere il raffinato ROI primario sulla zona omologa dell'emisfero opposto (cioè, ipsilateral primario sensorimotoria rappresentazione dell'arto inferiore intatto).
    3. Utilizzare standard FreeSurfer anatomico Atlante Desikan45 per definire l'intera corteccia visiva occipitale (bilaterale) per il ROI secondario.

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Representative Results

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Generare la sensazione associata con MT utilizzando la proiezione di video in tempo reale è fattibile. Partecipanti hanno riferito soggettivamente che l'immagine percepita è realistica e la sensazione è coinvolgente.

Inoltre, i pattern di attivazione corticale associata MT (cioè, il movimento della gamba e visualizzando l'immagine proiettata di specchio) nell'ambiente dello scanner sono robusti. In uno studio pilota, le risposte corticali di MT sono state registrate usando fMRI in un partecipante con l'amputazione dell'arto inferiore dei seguenti gamba sinistra (uomo, 56 anni, amputazione della gamba sotto il ginocchio) il protocollo di attività descritte sopra. Confrontando il movimento delle gambe contro la condizione di riposo ha provocato un robusto attivazione all'interno della rappresentazione sensorimotoria della gamba controlaterale (cioè, a sinistra) emisfero. Attivazione corticale ipsilateral è stata osservata all'interno dell'area di gamba sensorimotoria (Figura 4A). La condizione di specchio contro condizioni di riposo confermato anche robusta attivazione controlaterale così come ipsilateral della rappresentazione corticale gamba sensorimotoria. Inoltre, robusto attivazione corticale è stato veduto con posteriore occipitale (cioè, visual) aree corticali associate con la visualizzazione dell'immagine proiettata del piedino commovente.

Il pattern di attivazione descritti rappresentano attivazioni alle condizioni originarie, vale a dire, all'inizio del periodo di terapia. Le risposte iniziali servono a definire l'attivazione della linea di base ai fini della definizione di aree di interesse (ROI) e un successivo confronto dopo il protocollo di MT è completato in ogni individuo.

Figure 4
Figura 4 : Esempio rappresentativo delle attivazioni corticali in risposta a specchio terapia nello scanner MRI. (A) confrontando il movimento delle gambe contro la condizione di riposo ha provocato un robusto attivazione all'interno della rappresentazione sensorimotoria della gamba controlaterale (cioè, a sinistra) e corteccia ipsilateral. (B), la condizione di specchio contro resto circostanza confermata anche una robusta attivazione controlaterale ed ipsilateral di rappresentazione sensorimotoria gamba corticale, come pure occipital (cioè, visual) attivazione corticale associata la pagina di visualizzazione del immagine proiettata del piedino commovente. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

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Questo protocollo descrive un romanzo, procedura fattibile che permette ai ricercatori di caratterizzare accuratamente i correlati neurali associati MT in individui con PLP.

Come precedentemente accennato, gli studi precedenti hanno tentato di indagare i correlati neurali associati al trattamento MT incorporando varie tecniche come la registrazione video, realtà virtuale e animazioni preregistrate9,33 ,34. Tuttavia, questi approcci sono stati limitati in termini di efficacia37,38,39. Nel protocollo descritto qui, siamo di incorporare elementi semplici, disponibili in commercio e a basso costo per creare una sensazione realistica e coinvolgente associata MT all'interno dell'ambiente di MRI. Tutta l'attrezzatura utilizzata è MRI compatibili (ovvero, ferromagnetiche materiali) e può essere facilmente regolato e modificata per ogni individuo. Gli elementi chiave è composto da tre capitoli principali: (1) videocamera e monitor; (2) lo specchio riflettente collegato alla bobina di testa; (3) il grande specchio riflettente e supporti. Il video è trasmesso al monitor, quindi il soggetto può osservare i movimenti di gamba gamba e specchio in tempo reale. L'orientamento dello specchio nella bobina testa consente al partecipante di visualizzare il monitor mentre giaceva supino e senza eccessivo movimento della testa. Lo specchio è regolato alla lunghezza delle gambe amputate del soggetto utilizzando un supporto regolabile per evitare qualsiasi contatto con la gamba del partecipante. Da un'analisi punto di vista e di acquisizione dati, dati di neuroimaging funzionale viene analizzati utilizzando le tecniche standard (cioè, regione di analisi di interesse) con particolare enfasi su un disegno longitudinale pre-post30,41.

Oltre la sensazione coinvolgente di vita reale fornita al partecipante, un altro vantaggio di questo protocollo è che il sistema può essere registrato ai fini della visualizzazione di diversi arti (superiori ed inferiori) e può essere utilizzato per verificare qualsiasi combinazione di movimenti degli arti.

La coinvolgente sensazione fornita dalla trasmissione video è un fattore importante quando si tratta di generare l'effetto terapeutico potenziale di MT. L'uso del video in tempo reale catturato dalla videocamera come presentato qui può essere superiore al passato approcci quali immagini computerizzate, realtà virtuale o immagini preregistrate. Tuttavia, non confrontiamo questa tecnica con l'illusione visiva ones. Inoltre, uno studio precedente in partecipanti in buona salute ha valutato l'attivazione funzionale del cervello dopo l'esecuzione di un'attività con una scatola specchio convenzionale e un'immagine proiettata di realtà virtuale dell'arto superiore. Nei risultati di questo studio, Diers e collaboratori non ha trovato differenze tra vivacità o autenticità percepita dell'illusione tra l'illusione di realtà visiva e il mirror box terapia18.

D'altra parte, questo protocollo anche ha suoi limiti e le sfide connesse con esso: a causa della natura del movimento gamba, artefatti di movimento (cioè, associato con eccessivo movimento della testa) può compromettere la qualità dei dati. Anche se il paziente è permesso di vedere un'immagine proiettata dal vivo del proprio membro, il protocollo manca un questionario per valutare correttamente la vivacità e l'immersione che il partecipante si sente mentre subiva le attività. Inoltre, non confrontiamo l'attività eseguita in questa tecnica con altre strategie, come stimoli visivi solo di una registrazione del movimento gamba senza che il paziente di eseguire effettivamente il movimento o una proiezione di immagini di realtà virtuale di un arto inferiore spostarsi. Questo è stato fatto in particolare perché non era l'obiettivo del presente protocollo e perché ci sono gli studi precedenti che hanno già studiato e confrontato questi interventi e ha rivelato alcuna differenza nel pattern di attivazione, così come nessuna differenza nella vivacità di l'attività tra gli interventi, come accennato sopra18. Inoltre, per superare le sfide legate al movimento, abbiamo impiegato corrente stato-of-the-art Movimento rilevamento e correzione strategie26. Per migliorare ulteriormente la qualità dei dati, nuove strategie (ad es. restrizioni fisiche disposto intorno fianchi del soggetto consente di isolare il movimento della gamba) vengono perseguite. Infine, per quanto riguarda la modifica e la risoluzione dei problemi, inizialmente avevamo uno stand di telecamera fissa che non ci ha permesso di ottenere e catturare adeguatamente riflesso di arto inferiore del paziente nello specchio; Tuttavia, utilizzando un supporto regolabile, siamo riusciti a ottenere la trasmissione dell'immagine più precisa ed accurata. Inoltre, durante i primi passi dello sviluppo del protocollo, lo stand di specchio era fragile e cadde facilmente con qualsiasi movimento delicato. Questo è stato superato quando sacchi di sabbia sono stati aggiunti per dare stabilità al montaggio dello specchio.

Infine, data la facilità di implementazione la messa a punto sperimentale, questo approccio può consentire la valutazione degli effetti di MT non solo in amputati di arto, ma anche in altre condizioni che utilizzano questo metodo di trattamento, quali la ferita del midollo spinale e del colpo.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Questo studio è stato sostenuto da una sovvenzione RO1 NIH (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

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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).More

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