Vi presenterar en roman kombinerat beteendemässiga och neuroimaging protokoll anställa realtid videoprojektion i syfte att karaktärisera de neurala korrelat samband med spegel terapi inom magnetisk resonanstomografi scanner miljön i benet amputerade patienter med fantomsmärta.
Spegel terapi (MT) har föreslagits som en effektiv rehabiliterande strategi att lindra smärtsymptom hos amputerade med fantomsmärta (PLP). Dock att upprätta de neurala korrelat samband med MT terapi har utmanande med tanke på att det är svårt att administrera terapin effektivt i en miljö med magnetisk resonanstomografi (MRT) i skannern. För att karakterisera den funktionella organisationen av kortikala regioner som förknippas med denna rehabiliterande strategi, har vi utvecklat en kombinerad beteendemässiga och funktionella neuroimaging-protokoll som kan tillämpas på deltagare med en benet amputation. Detta nya tillvägagångssätt tillåter deltagarna att genomgå MT inom MRI scanner miljön genom att Visa realtid video bilder som tagits med en kamera. Bilderna ses av deltagaren genom ett system av speglar och en monitor att deltagaren visningar liggande på skannerglaset. På detta sätt, kan funktionella förändringar i kortikala områden av intresse (t.ex. sensomotoriska cortex) karakteriseras som svar på en direkt tillämpning av MT.
PLP refererar till känslan av smärta uppfattas inom området motsvarar den saknade lem postamputation1,2. Detta tillstånd är en betydande kronisk vård belastning och kan ha en dramatisk inverkan på individens livskvalitet3,4. Det har föreslagits att förändringar i hjärnans struktur och funktion har en grundläggande roll i utvecklingen och neuropathophysiology av PLP5,6. De underliggande neurala korrelat till hur smärta symtom utvecklas och hur de kan lindras i behandlingssvaret är dock fortfarande okänd. Denna brist på information är främst på grund av tekniska utmaningar och begränsningar som är associerade med att utföra en viss behandlingsmetoder inom ramarna för en neuroradiologisk miljö som MRI5,7,8 .
Resultat från ett antal studier attribut utvecklingen av PLP till maladaptivt neuroplastic omorganisation som förekommer inom sensomotoriska cortices, liksom i andra områden i hjärnan. Det har exempelvis visat att efter amputation av en lem, det är en förskjutning i motsvarande sensomotoriska kortikala representationen av angränsande områden. Som ett resultat, börjar närliggande områden tydligen invaderar de zoner som används för att motsvara de amputerade lem9,10. För att lindra smärtsymptom i samband med PLP, kan behandlingar såsom MT eller motor bildspråk vara effektiva9,11,12. Det föreslås att lindring av symtom uppstår förment genom cross-modal ren-establishment av afferenta ingångar, som tillhandahålls av observationen av spegel-återspeglas bilder från den nonaffected lem12,13, 14,15,16,17. Genom dessa bilder är deltagarna att visualisera reflektion av det motsatta ledet istället för en som har blivit amputerade, vilket skapar en illusion som både armar och ben finns kvar. Den illusionen och uppslukande effekter var tidigare studerat av Diers et al. hos friska försökspersoner där en jämförelse av funktionella aktivering genom funktionell MRI (fMRI) utvärderades efter som genomgår en aktivitet antingen med en vanlig spegel box eller virtuell verklighet 18. de neurala korrelat samband med återföring av maladaptiva neuroplastic ändringarna och lindring av symtom kvarstår dock dåligt förstådd. Dessutom den underliggande mekanismen vid PLP är fortfarande ett ämne för forskning som tydligt underliggande physiopathologic ändringen bakom utvecklingen av PLP är fortfarande ofullständigt klarlagd även kontroversiella fynd har varit avslöjade5, 19. Som nämnts ovan, tillskriva flera författare utvecklingen av smärta deafferentation- och kortikal omorganiseringen av den drabbade hjärna område (område av amputerade lemmen)6,7,8; dock beskrevs motsatt resultat av Makin och medarbetare där förekomsten av smärta är associerad med bevarandet av hjärnans struktur och smärta tillskrivs en minskning interregionala funktionella anslutningsmöjligheter19. Med tanke på dessa kontroversiella och mittemot fynd anser vi att den nya strategi som presenteras här kommer att ge ytterligare relevant information till studien av PLP och tillåter forskare att utvärdera effekterna av MT i en levande miljö med graden av hjärnan aktivering när man jämför dem med nivåer av smärta bedöms i vår fullständiga protokoll19.
Tidigare litteratur om detta ämne har visat att MT är en av de mest lämpliga beteende terapierna för behandling av PLP på grund av dess lätt genomförande och låga kostnader12. I själva verket har tidigare studier av denna teknik påvisat en återföring av maladaptiva förändringar inom den primära sensomotoriska cortexen i amputerade med PLP8,20,21. Även om MT är kanske det billigaste och mest effektiva sättet att behandla PLP12,22,23,24, behövs mer studier för att bekräfta dessa effekter eftersom vissa patienter inte svara på denna typ av behandling8 och det finns en brist på större randomiserade kliniska prövningar som ger hög-evidensbaserade resultat25.
En av de hypoteser som MT kan minska PLP är relaterad till det faktum att spegelbilden av den inte-amputerade kroppsdelen hjälper till att omorganisera och integrera obalansen mellan proprioception och visuell feedback26. De bakomliggande mekanismerna för MT kunde associeras med återgången av maladaptiva kartläggning av somatosensoriska8,27,28.
För MT är försökspersoner skyldiga att utföra flera motoriska och sensoriska uppgifter med hjälp av deras intakt lem (t.ex. flexion och extension) medan du observerar denna effekt i en spegel ligger i mittlinjen av deltagarens kropp, och skapar därmed en levande och exakt representation av rörligheten inom området för den amputerade lem29.
För att ytterligare utveckla den vetenskapliga förståelsen av patofysiologin aspekter involverade i PLP, är det viktigt att bättre karaktärisera de underliggande neuroplastic förändringarna som leder från lem amputationer, samt förbättring av smärtsymptom som tillhandahålls av MT. I detta avseende, neuroradiologiska tekniker, såsom fMRI, har visat sig vara kraftfulla verktyg för att belysa de patofysiologiska mekanismer som är associerad med kortikala omorganisation och ge ledtrådar mot optimera rehabilitering av individer med PLP i den kliniska sammanhang30,31. Dessutom den hög rumslig upplösningen ges genom fMRI (jämfört med elektroencefalografi, till exempel) möjliggör mer exakt kartläggning av hjärnan svar, såsom finger och siffriga framställningar, i sensomotoriska cortex tillsammans med andra regioner i den hjärna32.
Hittills har den neurofysiologi som är associerad med MT förblir svårfångade beror till stor del på utmaningarna att genomföra förfarandet inom scanner miljön (dvs. det är svårt för en enskild att utföra terapin liggandes i skannern). Här, vi beskriver en metod som möjliggör för en individ att iaktta sina egna benrörelsefrihet i realtid medan liggande böjningsform inom de snäva gränserna för skannern bore. Ett exakt återskapande av levande och engagerande känslan av terapin kan återskapas med hjälp av en videokamera som fångar realtidsbilder av rörliga benet, och ett system av speglar och en bildskärm som kan ses direkt genom studien deltagaren.
Tidigare studier har försökt att införliva tekniker såsom videoinspelning, virtuell verklighet och förinspelat animeringar som medel för att presentera den visuella stimulansen och kringgå dessa tekniska utmaningar9,16,33 ,34. Dessa tekniker har dock begränsats i deras effektivitet35,36,37,38,39. I det särskilda fallet med hjälp av en förinspelad video, finns det en ofta dålig synkronisering mellan deltagarnas rörelser och de som tillhandahålls av videon, samt brist på timing noggrannhet, vilket leder till ett dåligt realistiskt intryck som enskildes egen Ben är rörliga. För att förbättra denna känsla av sensomotorisk nedsänkning, har andra tekniker, såsom virtuell verklighet och digitaliserade animationer, försökt. Ännu, de har misslyckats att skapa visuellt övertygande förnimmelser på grund av en låg upplösning, ett begränsat synfält, orealistiskt eller nonnatural människoliknande rörelser och förekomsten av rörelse lagg (dvs desynchronization rörlighet). Dessutom hindrar avsaknaden av en korrekt modellering i kombination med dålig kontroll över andra funktioner, såsom effekterna av friktion, momentum och gravitation, uppfattningen av en levande och uppslukande känsla40. Därför för amputerade, är det värt att utforska strategier för att säkerställa att ämnen är engagerade i kognitiv uppgift (anmärkning) och uppslukande på illusionen av amputerade extremiteter rörelse. Slutligen, resurserna som krävs för att utveckla och genomföra dessa komplexa strategier kan vara tidskrävande eller kosta oöverkomliga.
Vi beskriver en ny metod som vi tror skapar en realistisk och levande känsla av nedsänkning där deltagaren kan se en levande och verklig-tid video av en projicerad bild av sin egen lem medan de utför en session av MT31. Denna metod utförs medan enskilde ljuger i skannern hålet och utan stora kostnader eller omfattande teknisk utveckling.
Detta protokoll är en del av projektet National Institutes of Health (NIH) forskningsbidrag (RO1)-sponsrade klinisk studie som utvärderar effekten av kombinationen av en neuromodulatory teknik, nämligen transkraniell likström stimulering (TDC), med en beteendeterapi (spegel terapi) för att lindra fantomsmärta31. Vi värdera förändringar i den visuell analog skalan (VAS) för smärta vid baseline, före, och efter varje ingripande session. fMRI används som ett neurophysiologic verktyg för att utvärdera strukturella förändringar i hjärnans funktion och dess korrelation med lindring av PLP. Därför erhålls en inledande fMRI för att få kartan baslinjen av den strukturella organisationen av deltagarens hjärnan, som antingen visar att det finns kortikala maladaptiva omorganisation5,6,8 , 11 , 13 , 14 , 18 , 28 eller att det inte är19. på samma sätt, kan vetenskapsmannen observera vilka områden aktiveras vid baslinjen med uppgift att MT för att förstå de områden aktiveringen svar på MT; Slutligen är det möjligt att få en andra fMRI-postintervention att se om ändringar (modulering) har genererats i kortikala omorganiseringen efter kombinerad behandling med TDC och MT och analysera om dessa ändringar är korrelerade eller associerade med graden av smärta förändring. Därför detta protokoll tillåter forskare att utvärdera strukturell omorganisering förändringar hos patienter med PLPs under MT och också hjälper dem att förstå om dessa förändringar ses i fMRI är associerade med förändringar i PLP, därför att tillhandahålla ytterligare detaljer om Hur påverkar MT strukturella och funktionella hjärnaktivitet att ändra fantomsmärta.
Det här protokollet beskriver en roman, genomförbart förfarande som gör att utredarna att noggrant karakterisera de neurala korrelat samband med MT i individer med PLP.
Som tidigare nämnts, tidigare studier har försökt att undersöka de neurala korrelat samband med MT behandling genom att införliva olika tekniker såsom videoinspelning, virtuell verklighet och förinspelat animationer9,33 ,34…
The authors have nothing to disclose.
Denna studie stöddes av en NIH RO1 grant (1R01HD082302).
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 |