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상 지 대 한 Transcranial 직접 현재 자극과 로봇 치료의 사용

Neuroscience

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Summary

사용 transcranial 직류 자극과 로봇 치료의 추가 기능으로 기존의 재활 치료에 대 한 향상 된 치료 결과 뇌가 소성의 변조 때문에 발생할 수 있습니다. 이 문서에서는, 우리는 뇌졸중 후 모터 성능 향상을 위한 우리의 연구소에서 사용 되는 결합 된 방법을 설명 합니다.

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Pai, M. Y., Terranova, T. T., Simis, M., Fregni, F., Battistella, L. R. The Combined Use of Transcranial Direct Current Stimulation and Robotic Therapy for the Upper Limb. J. Vis. Exp. (139), e58495, doi:10.3791/58495 (2018).

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Abstract

뇌졸중, 뇌성 마비 등 신경학 적 질환 장기 장애의 원인을 선도 하 고 심각한 무 능력 및 하위 및 상위 사지 장애 때문에 일상 활동의 제한으로 이어질 수 있습니다. 집중적인 물리 및 작업 요법은 여전히 간주 됩니다 주요 치료, 그러나 기능적인 결과 최적화할 수 있습니다 표준 재활에 새로운 외래 치료를 공부 되 고 있다.

Transcranial 직류 자극 (tDCS) 대뇌 피 질의 흥분을 조절 하는 두 피에 전극을 통해 약한 직접 전류의 응용 프로그램을 통해 기본 두뇌 지역에서 하는 비 침범 성 두뇌 자극 기술 이다. 이 기술에 대 한 관심 증가 저렴 한 비용, 간편한 사용, 및 인간의 신경가 소성에 대 한 효과를 지정할 수 있습니다. 최근 연구 tDCS 우울증, 파 킨 슨 병, 뇌졸중 후 운동 재활 등 다양 한 조건에서의 임상 잠재력을 결정 하기 위해 수행 되었습니다. tDCS 뇌가 소성을 향상 하는 데 도움이 하 고 재활 프로그램에 유망한 기술 보인다.

로봇 장치 수 선 후 상 지 기능의 재활을 지원 하기 위해 개발 되었습니다. 모터 적자의 재활은 종종 최대 독립을 달성 하는 환자에 대 한 다양 한 접근을 요구 하는 긴 과정. 이 소자 들은 수동 재활 치료; 대체 하려고 하지 않습니다. 대신, 그들은 재활 프로그램, 결과의 즉각적인 인식을 허용 하 고 따라서 동기 유지 하는 환자를 돕는 개선의 추적, 추가 도구로 설계 되었다.

TDSC 및 로봇 기반 치료 뇌졸중 재활에 유망한 추가 하 고 기존의 치료와 치료 결과의 향상 연결 되도록 사용을 설명 하는 여러 보고서와 뇌가 소성의 변조를 대상. 그러나, 최근에, 몇몇 작은 임상 시험 개발 되었습니다 tDCS와 뇌졸중 재활에서 로봇 기반 치료의 관련된 사용을 설명 하는. 이 문서에서는, 우리는 뇌졸중 후 모터 성능 향상을 위한 우리의 연구소에서 사용 되는 결합 된 방법을 설명 합니다.

Introduction

뇌졸중, 뇌성 마비, 외상 성 뇌 손상 등 신경 장애는 병 변 및 후속 신경학 적 증상이 심한 무 능력 및 일상 활동1의 제한으로 이어질 수 있는 장기 장애의 원인 선도 합니다. 운동 장애는 크게 환자의 삶의 질을 줄일. 모터 복구는 근본적으로 neuroplasticity, 뇌 병 변2,3인해 손실 된 운동 능력의 획득을 기본 기본 메커니즘에 의해 구동 됩니다. 따라서, 재활 요법 강력 하 게 높은 복용량 집중적인 훈련 및 힘을 복구 하는 움직임의 강렬한 반복, 모션의 범위에 근거한 다. 이러한 반복적인 활동 일상 생활 움직임에 기초 하 고 환자 덜 느린 모터 복구 및 반복적인 연습, neurorehabilitation4의 성공에 악영향을 줄 수 있는 동기 부여 될 수 있습니다. 집중적인 물리 및 작업 요법은 여전히 간주 됩니다 주요 치료, 하지만 표준 재활에 새로운 외래 치료 기능 결과1을 최적화 하기 위해 공부 되 고 있다.

로봇 보조 요법의 출현 뇌졸중 재활, 신경 시 냅 스가 소성 및 개편의 과정에 영향을 미치는에 큰 가치를가지고 표시 되었습니다. 그들은 손상 된 신경 기능을 가진 환자의 교육 및 장애5가진 사람을 지원에 대 한 조사 되었습니다. Rehabilitive 개입에 로봇 기술을 추가의 가장 중요 한 장점 중 하나는 매우 노동 집약적인 프로세스6것 높은 강도와 높은 복용량 훈련을 제공 하는 기능입니다. 가상 현실 컴퓨터 프로그램, 함께 로봇 치료를 사용 하 여 즉각적인 인식과 모터 복구의 평가 대 한 허용 하 고 청소 stovetop7 의미, 인터랙티브 기능 작업으로 반복 작업을 변경할 수 있습니다. . 이 환자의 동기와 긴 재활 과정 준수 상승 수 있습니다 하 고 측정 하 고 움직임을 측정, 그들의 진도5의 추적의 가능성을 통해 허용 한다. 현재의 관행으로 로봇 치료의 통합 효능 및 재활의 효과 증가 하 고 운동8의 새로운 모드의 개발을 가능 하 게 수 있습니다.

치료 재활 로봇 작업 관련 교육을 제공 하 고 엔드-이펙터-타입 장치 및 외장 타입 장치9로 분할 될 수 있다. 이러한 분류의 차이 어떻게 운동 전송 장치에서 환자에 게 관련이 있습니다. 엔드 이펙터 장치는 간단한 구조, 하나의 공동의 움직임을 더 어렵게 만드는 그것의 가장 말 초 부분에만 환자의 사지에 연락. 외 골격 기반 장치 소자의 관절의 운동 환자의 사지7,9에 동일한 움직임을 생산할 예정 이다 그래서, 사지의 골격 구조를 반영 하는 기계 구조와 더 복잡 한 디자인을가지고.

T-WREX 전체 팔 운동 (어깨, 팔꿈치, 팔 뚝, 손목 및 손가락 움직임)을 지원 하는 외 골격 기반 로봇입니다. 조정 가능한 기계 팔 유행 공간 치료7,9운동의 큰 활성 범위를 달성 하기 위해 일부 잔여 상 지 기능을가지고 환자를 사용 하는 중력 지원의 변수 수준 수 있습니다. MIT-마 누스는 단일 계획 (x 축과 y 축)에서 작동 하는 및 2 차원 중력 보상 치료, 지원 어깨와 팔꿈치의 움직임에 수평 또는 수직 평면9 환자의 손을 이동 하 여 엔드-이펙터-타입 로봇 , 10. 두 로봇은 상부 말단 모터 제어, 복구 및 컴퓨터 통합 1 수에 대 한 인터페이스를 정할 수 있는 내장 위치 센서)의 의미 있는 기능 작업 가상 학습 환경에서 시뮬레이션 훈련 그리고 2) 운동 치료 게임, 모터 계획, 눈 손 조화, 주의 및 시야 결점의 연습을 도와 또는7,9를 무시 한다. 그들은 또한 위 사지에 중력 효과의 보상에 대 한 허용 하 고 심각 하 게 장애 환자에서 반복 하 고 틀에 박힌 움직임에 원조를 제공 하 고 할 수 있다. 이 점진적으로 감소 지원 제목과 향상 운동 약간 장애 환자9,11에 대 한 최소한의 지원 또는 저항 적용 됩니다.

Neurorehabilitation에 대 한 또 다른 새로운 기술은 transcranial 직류 자극 (tDCS) 이다. tDCS 낮은 진폭 직접 전류 적용 를 통해 두 피 전극12,13를 통해 대뇌 피 질의 흥분 변화를 유도 하는 비 침 습 뇌 자극 기술 이다. 현재 흐름의 극성에 따라 뇌 흥분 anodal 자극에 의해 증가 하거나 cathodal 자극2에 의해 감소 될 수 있습니다.

최근에, 거기 되었습니다 tDCS에 대 한 관심 증가, 간 질, Parkinson의 질병, Alzheimer의 질병, fibromyalgia, 우울증, 중독 등 정신 질환과 같은 질병의 넓은 범위에 유익한 효과를 표시 되었습니다. 장애, 그리고 정신 분열 증2. tDCS 그것의 상대적으로 저렴 한 비용, 간편한 사용, 안전, 및 희소 한 부작용14등 몇 가지 이점이 있다. tDCS 또한 무 통 방법 이며, 수 있는 안정적으로 눈 멀게 임상, 그것이 가짜 모드13. tDCS 높습니다 하지; 자체 기능 복구에 대 한 최적의 그러나, 그것 보여주는 증가 약속 관련 치료 재활, 뇌가 소성15강화로.

이 프로토콜을 보여 줍니다 (2-의 상태--예술 로봇)와 결합 된 로봇 기반 치료 및 tDCS와 비-침략 적 neuromodulation 기존의 물리 치료 외에도 재활 결과 개선 하기 위한 방법으로. 대부분 연구 관련 된 로봇 치료 또는 tDCS 격리 기법으로 그들 사용 하 고 몇 가지, 둘 다 결합 했다는 각 개입 혼자 넘어 유익한 효과 향상 시킬 수 있습니다. 이러한 작은 시련 향상 된 모터 복구와 기능적 능력8,15,,1617,18, 두 절차 사이 가능한 시너지 효과 입증 19. 따라서, 새로운 멀티 모달 요법 현재 가능성을 넘어 운동 복구 향상 시킬 수 있습니다.

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Protocol

이 프로토콜은 우리의 기관의 인간 연구 윤리 위원회의 지침을 따릅니다.

1입니다. tDCS

  1. 금기 및 특별 한 고려 사항
    참고: tDCS 변화를 유도 하는 자극 되 고 영역의 신경 흥분에 전극을 통해 일정 하 고 낮은 직류를 보내는 안전 기술입니다.
    1. 장치 설치, 이전 환자 머리에 tDCS 이전 tDCS 치료, 뇌 이식된 의료 장치, 또는 금속 임 플 란 트의 존재에 불리 한 반응 등을 어떤 금기를가지고 하지 않습니다 확인 합니다.
    2. 다음 포함 기준을 사용 하 여: 중간 위 말단 hemiparesis 빛 subacute 및 만성 뇌졸중 환자. 다른 금기와 전류 흐름의 위치를 변경할 수, 두개골 결함 포함 하며 과목 불안정 한 의료 조건 통제 간 질 등의 무료 되어야 합니다.
    3. 환자의 두 피 피부 병 변, 급성 또는 만성 피부 질환, 상처, 또는 다른 염증 성 징후 등을 위해 철저 하 게 검사 합니다. 전극을 배치 하 고 안전 예방책으로 이러한 병 변으로 영역을 자극 하지 마십시오.
  2. TDCS에 대 한 자료
    1. 모든 다음 목록 자료 확인 절차를 시작 하기 전에 사용할 수 있는 (그림 1)는: tDCS 자극 장치, 9 V 배터리, 2 전도성 전극, 2 스폰지 전극, 케이블, 2 고무 머리 밴드 (또는 Velcro 스트랩, 비 전도성 띠) 염화 나트륨 (NaCl) 솔루션, 테이프를 측정
  3. 측정
    1. 전극 사이트 이전 게시20에 설명 된 대로 10/20 EEG 위치, 일반적으로 정의 됩니다. 주제는 편안 하 게 장착 되었는지 확인 합니다.
    2. 첫째, 꼭지점 (Cz) 지역화 합니다.
      1. (외부 후 두 융기 또는 융기는의 가장 눈에 띄는 투영), inion (코의 다리) 또는 교차 정면 뼈와 두 개의 비 강 뼈의 교정에서 거리를 측정 하 고이 길이의 50%를 표시 합니다. 기름 연필 또는 무 독성 수성 마커를 사용 하 여 선으로이 예비 Cz 위치를 표시 합니다.
      2. 왼쪽 및 오른쪽 사전 귀의 포인트 거리 (즉, 는 tragus 앞쪽 영역)를 측정 합니다. 반에 있는이 거리를 분할 하 고 선으로 계산 된 지점을 표시.
      3. 십자가 만드는 데 두 라인을 연결 합니다. 두 선의 교차는 꼭지점 (Cz) (그림 2)에 대응 됩니다.
    3. 머리에 대상 사이트를 식별 합니다.
      참고: Anodal 자극 증가 자극된 뇌 조직에서 대뇌 피 질의 흥분 cathodal 자극 그것을 감소 하는 동안. 이전 연구는 lesioned에서 anodal 자극 또는 영향을 받지 않는 모터 피 질에서 대뇌 피 질의 흥분을 감소 하 고 영향을 받는 모터 피 질에 있는 증가 contralesional에서 cathodal 자극을 사용 했습니다. 이 프로토콜에서 bihemispheric 자극 (와 함께 anodal 및 cathodal 같은 세션에서 자극)와 anodal 자극 기본 모터 피 질을 통해 설명 합니다.
      1. 기본 모터 피 질 (M1)를 찾으려면 왼쪽 또는 오른쪽 중 귀의 포인트 (그림 3)에 Cz에서 거리의 20%를 사용 합니다. 이 지역은 C3/C4 뇌 파 위치 일치 해야 합니다.
      2. Ipsilesional 반구의 센터의 M1 모터 피 질을 통해 양극과 음극 contralateral supraorbital 지구 (Fp) (그림 3) 장소.
      3. 또는, ipsilesional 반구와 음극의 센터의 M1 모터 피 질에 contralesional M1 양극 장소. TDCS 전극에 대 한 m 1 위치 c 3와 C4 채널에 있습니다 (그림 3).
  4. 피부 준비
    1. 피부를 검사 하 고 병 변 또는 손상 된 피부 자극 방지.
    2. 전도도 향상 시키기 위해 자극의 사이트에서 머리를 이동 합니다. 스킨, 로션과 젤의 어떤 표시 든 지 제거의 표면 청소. 두꺼운 머리를 가진 주제에 대 한 전도성 젤을 사용 하 여 필요할 수 있습니다.
  5. 전극 위치 및 장치 설치20
    1. 피부를 준비 하 고 자극 사이트 지역화, 후 머리 둘레는 inion에서 한 머리 끈을 놓습니다. 제공 하는 탄성, 같은 비 전도성 및 비 흡수 성 물자로 만든 머리 띠 Velcro, 또는 고무 스트랩.
    2. 염 분 솔루션과 스폰지를 적시 게. 35 cm2 스폰지에 대 한 솔루션 측면 당 약 6 mL 충분 수 있습니다. Oversoaking 스펀지를 하지 마십시오. 주제 유체 누출을 생산 하지 마십시오. 필요한 경우 더 많은 솔루션을 추가 하는 주사기를 사용 합니다.
    3. TDCS 장치에 케이블을 연결 합니다. 올바른지 확인 케이블의 극성, 이후 tDCS의 효과 극성 전용 (로 표준화: 양극 전극에 해당 하는 레드와 검정 또는 파랑 음극 전극에 해당).
    4. 전도성 고무 삽입에 안전 하 게 커넥터 코드 핀을 삽입 합니다.
    5. 스폰지에 전도성 고무 인세트를 삽입 합니다. 전체 전도성 고무 인세트 갯 솜에 의해 덮여 있으며 커넥터 코드 핀 표시 되지 않는 확인 하십시오.
    6. 머리 끈 아래 첫 번째 스폰지 전극 놓고 과도 한 액체는 스폰지에서 해제 되지 않습니다 보장 합니다.
    7. 전극 몽타주 계획에 따라 두 탄력 있는 머리 끈을 연결 합니다.
    8. 머리에 두 번째 스폰지 전극 자극 되 고, 두 번째 탄성 헤드 스트랩 아래 지역 장소.
    9. 전극 및 신체 전반적인 전기 저항 높은 경우에, 그것은 부적당 한 전극 설치를 나타낼 수 있습니다. 일부 장치는 5 k ω를 이상적으로 이어야 한다 저항 측정, 제공 합니다.
    10. 일부 장치 (건조 전극) 등 잠재적으로 위험한 상황을 감지 하는 유용한 방법은 자극 동안 저항에 대 한 지속적인 표시를 제공 합니다. 같은 경우에 장치 완료 또는 저항 증가 특정 임계값을 초과 하는 경우 자극 강도 줄일 수 있습니다.
  6. 자극
    1. 환자는 깨어 있는, 편안 하 고 절차21동안 편안 하 게 앉아있는 다는 것을 확인 하십시오.
    2. TDCS 자극 설정 (강도, 시간, 및 가짜 조건, 적용 가능한 경우)을 조정 합니다. 이전의 연구에 따라 20 분의 1 강도에 대 한 직류 적용 mA.
      참고: 가짜 개입에 대 한 현재는 보통만 적용 첫 번째 30 s 주제 자극의 감각을 주고. 이 기간 자극 대뇌 피 질의 흥분22없이 할당 된 개입 눈부신에 효과적인 것으로 여러 연구에서 설립 되었습니다.
    3. TDCS 자극을 시작 합니다. 가장 불리 한 효과 피하기 위해 전류 증가 하 여 전류 흐름을 시작 합니다. 일부 장치에 자동으로 이루어집니다 증가 하지만 그렇지 않으면 현재 천천히 증가 초기 30 동안 최대에 도달 하는 s 프로그램 현재 (1 우리의 프로토콜에 mA).
    4. 시작 후 전기 자극, 일부 환자는 임시 약간의 가려움증 감각, 현기증 또는 현기증 인식 수 있습니다. 이것은 시작 하 고 각 세션의 끝에 여기저기 전류 램프에 의해 피할 수 있습니다.
    5. 프로시저의 끝에, 점차적으로 진입로 30 대 전류에서 s.
  7. 수술 후
    1. 기록 하 고 자극의 안전성 평가, 절차 완료 후 일반적인 부작용의 설문 조사 및 그들의 농도 기입 하는 환자를 부탁 드립니다. 이러한 피부 자극, 메스꺼움, 두통, 레코딩 감각, 어 지 러 움, 따 끔 거 림, 또는 다른 불편을 포함할 수 있습니다.
    2. 어떤 가능한 부작용은 일반적으로 온화 하거나 온건한 강렬의 및 일반적으로 임시 환자에 게 설명 한다.
    3. TDCS, 후 로봇 치료를 받아야 하는 환자를 참조 하십시오.
      참고:이 프로토콜의 다음 섹션에서는 MIT 마 누스와 T WREX 상용 버전의 사용을 설명 합니다.

2. 로봇 치료 MIT 마 누스와

  1. 포지셔닝
    참고:이 로봇은 상 지 재활을 위한 대화형 로봇이 이다. 우리의 연구에 활용 버전 (평면) 수평 평면에 손목 운동 훈련을 있습니다.
    1. 주제는 편안 하 고 인체 공학적의 자, 4 포인트 안전 벨트에 의해 확보 하 고 비디오 화면에 직면에 장착 되는 것을 확인 하십시오.
    2. 숙련 된 치료사 로봇 훈련 감독 이다 다는 것을 확인 하십시오.
    3. 로봇 핸들의 그립에 교육 대상이 될 것입니다 손을 놓습니다. 두 띠의 팔 주위를 조정 합니다. 훈련 기간 동안 안정적인 체류 지원 팔의 뒤에를 조정 합니다.
    4. 표시 된 대로 paretic 상부 말단을 배치: 30 ° 굴곡, 90 ° 팔꿈치 굴곡, 팔 뚝 중간 발생 하기 쉬운 위치에, 중립 위치에서 손목에서 어깨.
    5. 기계 동작 중 어깨 관절 및 팔꿈치 범위 운동 약 45 °로 제한 되었는지 확인 합니다. 그 팔을 움직일 수 있으며 손목 이동의 자유 다는 것을 확인 하십시오. 운동 (모든 방향)에서 수평 비행기에서 가능 하다.
  2. 교육
    1. 로봇 교육 세션에 움직임의 수는 변수; 그러나, 동일 평면 내에서 비행기의 가능한 모든 방향에서 약 320 반복을 수행 일반적입니다.
    2. 비디오 화면 주제를 수행 하 고 팔의 위치에 대 한 지속적인 피드백을 제공 작업의 큐를 보여 줍니다.
    3. 로봇의 소프트웨어는 모터 훈련을 위한 여러 운동 치료 게임. 환자 대상 사이 이동 해야 합니다 노란색 공을 시각적 피드백에 의하여 일반적으로 이루어져 있다. 다른 교육 시나리오에 사용할 수 있습니다.
    4. 로봇만; 필요한 경우 환자를 지원할 것입니다. 예를 들어, 제목 2 내에서 의도 된 움직임을 실현 수 없습니다 s, 기계는 움직임을 완료 도움이 될 것입니다. 없으면 주제 의도 운동 수행에 충분 한 모터 조정, 로봇의 팔 적절 한 운동 수행을 안내할 것입니다.

3. MIT 마 누스 팔 훈련

참고: 로봇 팔이 수평 평면에 팔꿈치 굴곡 및 확장, 어깨 protraction 및 철회, 및 어깨 내부 및 외부 회전의 훈련을 수 있습니다.

  1. 포지셔닝
    1. MIT-마 누스 팔에 대 한 주제를 편안 하 게 장착 되었는지 확인 합니다. 안전 벨트를 적절히 조정. 위치는 환자의 오른쪽 또는 왼쪽 로봇 팔 및 두 끈을 조정.
    2. 필요에 따라 로봇의 높이 조정 합니다. 필요에 따라 테이블 높이 조정 합니다.
    3. 어떤 불편 함이나 통증이 있는 경우에, 즉시 로봇을 해제를 비상 정지 단추를 누릅니다.
  2. 교육
    1. 라인을 따라 그것의 팔을 이동 하는 주제를 요구 하는 기계를 보정.
    2. 로봇만 필요한 경우 환자를 지원 합니다. 예를 들어, 제목 2 내에서 의도 된 움직임을 실현 수 없습니다 s, 기계는 움직임을 완료 도움이 될 것입니다. 없으면 주제 의도 운동 수행에 충분 한 모터 조정, 로봇의 팔 적절 한 운동 수행을 안내할 것입니다.
      참고: 로봇의 소프트웨어는 모터 훈련을 위한 여러 운동 치료 게임. 환자 대상 사이 이동 해야 합니다 노란색 공을 시각적 피드백에 의하여 일반적으로 이루어져 있다. 다른 교육 시나리오에 사용할 수 있습니다.

4. T-WREX 훈련

  1. 포지셔닝
    참고: T WREX 맞는 피사체의 팔과 어깨, 팔꿈치, 손목 관절 유행 속에서의 자유 운동을 허용 하는 외 골격 이루어져 있다.
    1. 주제 가상 현실 속, 그의 혹은 그녀의 목표를 달성 하는 환자를 돕는 시각과 청각 피드백을 제공 하는 비디오 화면을 직면 하 고 편안 하 고 인체 공학적의 자에 장착 되어 있는지 확인 합니다.
    2. 로봇의 주요 모듈 앞에 앉아 환자를 놓습니다. 제공 된 원격 제어를 사용 하 여 외장의 높이 적절 하 게 조정. 로봇의 외 골격 팔 (왼쪽 또는 오른쪽) 훈련 것입니다 환자의 사지의 해당 측면을 조정 합니다.
    3. 어깨 위에 높이의 약 4 손가락을 남겨 주세요.
    4. 팔과 팔 뚝에 끈을 조정 하는 외 골격으로 환자의 사지를 조정 합니다.
    5. 외 골격의 팔의 길이 조정 하 고 따라서 팔 (A i) 및 (A ~ E) 팔 뚝에 필요한 무게 (중력) 보상 뿐만 아니라 팔 뚝. 선형 눈금의 중력 지원, A 중력 지원이 그것에 의하여 이루어져 있다.
    6. 컴퓨터에 이러한 측정을 입력 합니다.
    7. 훈련을 시작 하기 전에 조정 하 고 환자의 기능에 따라, 로봇의 동작 한계 범위를 보정 합니다.
    8. 모션의 보정된 범위를 테스트 하려면 화면의 모든 방향에서 큐브를 이동 하는 환자를 부탁 드립니다.
  2. 교육
    1. 각 세션에서 다른 기능 목표 (일반적으로 T-WREX 훈련 세션 지속 약 60 분)를 향해 이동의 약 72 반복 수행할 개인이 있다.
    2. 각 운동 사이 피로 방지 하기 위해 10 초 간격을 허용 한다. 72 반복 운동의 24 각 3 블록으로 분할 된다. 24의 각 블록 사이 5 분의 간격을 허용 한다.

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Representative Results

TDCS로 비 침 습 적 뇌 자극은 최근에 그것의 잠재적인 neuroplastic 효과, 비교적 저렴 한 장비, 사용의 용이성, 및 몇 가지 부작용22관심을 생성 했다. 연구 결과 나타났습니다 그 neuromodulation tDCS로 대뇌 피 질의 흥분 및 따라서4기본 모터 피 질 자극 하 여 시 냅 스가 소성을 통해 모터 성능 향상을 추진 하는 소성을 조절 가능성이 있다. Anodal 자극 cathodal 자극 휴식 막 잠재력을 hyperpolarizes 하 고 감소 감소 신경 발포 기본 모터 피 질 영역에서 뉴런의 도발은 촉진 하 여 대뇌 피 질의 흥분을 증가 contralesional 기본 모터 피 질에서 interhemispheric 억제입니다. 듀얼 tDCS ipsilesional 지역에서 활동을 촉진 하 고 contralesional 반구12,23억제를 이러한 두 개의 몽타주를 결합 합니다.

이전 연구 tDCS 최대 90 분까지 지속의 electrophysiological 효과 및 단일 20 분 tDCS 세션 (그림 4)24,32후 최대 30 분을 지속 하는 행동 효과 보고 있다. 이러한 긍정적인 결과 일치 하지 않는 증거 여전히 논란은. 린덴 베르크 외. 25 발견 outlasted 개입 기간 (그림 5), bihemispheric 자극 후 기능 모터 개선 하 고 2012 년에 출판 한 메타 분석의 비-침략 적 사용 등 TMS 자극 두뇌 제안 및 반복적인 TMS 모터 복구에 관련 된 개선, 모두 개별적으로 때에 비해 위약 자극2. Fusco 에 의해 실험 재판 26 뇌졸중;의 초기 단계에 있는 cathodal tDCS에 대 한 기능 개선 그러나, Fregni 외. 13 모두 절연 cathodal 또는 anodal (하지만 안 가짜) 자극 모터 기능을 크게 향상 된 발견. 이러한 논쟁 결과 아마 환자의 특성 (즉, 급성 만성 뇌졸중 환자, 심한 운동 장애가 가벼운 ) 및 자극 특성 (즉, 이 tDCS 세션, 세션 시간, anodal cathodal 듀얼 자극의 수)입니다.

재활 로봇 치료에 대 한 증거는 더 눈에 띄는, 모터 장애27의 명확한 증가 감소를 보여주는. 그러나, 제조 업체의 많은 수 및 여러 종류의 로봇 장치, 각 기계는 고유한 속성, 자질, 그리고 한계. 미국 심장 협회는 로봇 기반 치료 위 사지 달성 했다 종류 I 외래 설정에서 뇌졸중 환자 및 입원 환자 설정1에서 클래스 IIa에 대 한 증거의 수준 제안 합니다. 19 시련과 666 환자 검토 발견 뇌졸중 후 팔 로봇 기반 교육을 받은 과목 했다 일상 생활 활동 및 paretic 팔 기능6개선을 보여줄 가능성이 더. 단일-장 님 재판 발견 뇌성 마비 어린이는 컨트롤 그룹28, Timmermans 외. 동안에 비해 수동 손 재주의 측정에서 크게 향상 29 는 만성 뇌졸중 환자 보여주었다 크게 향상 작업 기반 팔 훈련을 6 개월 동안 유지 되었다 사후 개입 발견. 또한, 멀티 센터 무작위 통제 재판 발견는 심각한 위 사지 장애를 보통 만성 뇌졸중 환자 보여주었다 중요 하지만 겸손 한 개선 팔에서 후 기능, 운동, 및 삶의 질 측정 로봇 치료 환자만 아니라 집중적인 물리 치료 환자 (그림 6)5의 기준에 비해 36 주 연구 기간 동안 훈련.

TDCS 또는 로봇 치료 neurorehabilitation의 실험을 수행 하는 동안 몇 가지 실시 되어 이러한 치료법을 결합. 헤세 외. 16 예비 파일럿 연구를 수행 하 고 팔 로봇 기반 교육 함께 영향을 받는 반구에 anodal tDCS 하위 급성 뇌졸중 환자에서 모터 기능에 아무 크게 향상 한 발견. 또 다른 연구 오 외. 19 모두 영향을 받는 반구에 anodal tDCS 및 cathodal 자극 받지 반구를 제한 하지만 비슷한 크기의 모터 개선 얻을 수 있는 것을 보였다. 마지막으로, 에드워즈 외. 18 그 대뇌 피 질의 흥분에 개선 및 감소 된 대뇌 피 질의 억제 활성 그룹 tDCS 플러스 로봇 치료의 결과 모터 기능에 더 큰 이익을 발견.

최근 연구는 자극 시퀀스 기능 개선에 중요 하다 나왔다. Giacobbe 외. 15 만성 뇌졸중 환자에서 손목 재활을 위한 tDCS와 결합 된 로봇 치료에서 타이밍의 치수를 평가 하 고 손목 운동 속도 (> 15%) tDCS 20 분 세션의 이전 배달 되었다 때 개량 되었다 발견 로봇 하지 배달 (그림 7) 훈련 후 하지만 훈련. 이러한 결과 동시 작업 치료와 tDCS 이어질 중요 한 모터 개선31발견 다른 연구와 대조. 마지막으로, 나이 르 외. 31 동시 cathodal tDCS 및 직업 치료의 사용 가짜 자극 (그림 8) 치료에 비해 모터 복구의 상당히 높은 변화의 결과가 발견.

Figure 1
그림 1 : TDCS 재료. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2 : 정점 위치. 대뇌 피 질의 영역 10/20 시스템에 따라 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3 : 모터 피 질 위치. 대뇌 피 질의 영역 10/20 시스템에 따라 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 4
그림 4 : 단일 tDCS 세션의 electrophysiological 효과. 20 분의 단일 tDCS 세션 후 electrophysiological 효과 수 마지막까지 90 분, 및 행동 효과 최대 30 분 자극 후. 성체 . 에서 증 쇄 하는 32, 스프링 거 자연에서 허가. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 5
그림 5 : 베이스 라인에 비해 36 주 연구 기간 동안 기본 및 보조 결과에 변화. Lo 외. 5 로봇 훈련 후 팔 기능, 운동, 및 삶의 질에 중요 한 그러나 겸손 한 개선을 발견. 이 그림은 매사추세츠 의학 사회5에서 허가로 증 쇄. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 6
그림 6 : 모터 장애 점수와 fMRI 치러야 인덱스 변경. 린덴 베르크 외. 25 bihemispheric tDCS 후 모터 장애 점수 및 영향 받은 사지의 향상 된 기능에 기능 변화를 발견. 린덴 베르크 에서 매 판. 리 핀 코트 요 윌리엄스 & 윌킨스25허가와. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 7
그림 7 : 모터 성능 운동학에 개입 유형의 영향. Giacobbe 외. 15 tDCS 로봇 치료 개선 손목 움직임와 이전 전달 발견. Giacobbe 에서 매 판. IOS 보도 허가 15 . 간행물은 IOS 보도에서 10.3233/NRE-130927 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 8
그림 8 : Cathodal tDCS 플러스 직업 치료31 의 효과 . 동시 tDCS 및 직업 치료 크게 (*) 높은 변화 모터 개선의 결과. Nair 외. 에서 증 쇄 하는 31 IOS 보도에서 허가입니다. 간행물은 IOS 보도에서 10.3233/RNN-2011-0612 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

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Discussion

이 프로토콜에서 우리는 관련 된 결합된 tDCS 자극과 로봇 치료, 팔 장애가 있는 환자에서 기존의 재활 프로그램 보완으로 사용에 대 한 표준 치료 프로토콜을 설명 합니다. 프로토콜의 목표 모터 기능과 이동성을 향상 시킬 것입니다. 그것은 램프에 관찰 하는 것이 중요 하 고 램프-오프의 tDCS 기계 부작용의 위험을 피하기 위해. tDCS 문학2에 설명 된 몇 가지 측면 효과와 안전 기술입니다.

프로토콜은 약간에서 수정할 수 있습니다. 문학에서 이전 보고서 tDCS 전에, 동안, 또는 (로봇 또는 인간 지원 중) 모터 훈련 후 적용 되는 설명 합니다. 우리의 프로토콜에서 우리 tDCS 로봇 치료 바로 뒤의 20 분 세션 설명. 일부 연구는 동시 tDCS 및 로봇 교육에 대 한 더 나은 결과를 나타났습니다.

뇌졸중, interhemispheric 경쟁 모델에 따라 후 모터 적자는 제안 때문에 되도록 기본 모터 피 질 (M1)에서 출력을 감소 손상 된 반구의 contralesional m 1에서에서 증가 억제 영향을 반구입니다. 이 프로토콜에서 우리 lesional m 1의 anodal 자극에 대 한 선택 하 고 bihemispheric 자극의 가능성을 설명. Anodal tDCS 자극 cathodal 자극 감소 그대로 M1; 대뇌 피 질의 흥분 하는 동안 손상 된 m 1의 대뇌 피 질의 흥분을 증가 그러나, tDCS의 듀얼 응용 프로그램 것 이다 대상이 두 영역 모두 동시에. 다른 프로토콜도 선택 bihemispheric 자극, 일부 연구는 더 큰 모터 기능 향상18,25보고 있다.

이전 연구는 20-30 분 자극 세션 후 90 분까지 지속 단기 효과와 단일 복용량 또는 neurorehabilitation를 위한 tDCS의 몇 가지 세션을 평가 했습니다. 반복된 세션 있을 수 있습니다 큰 기간 및 효과의 크기 유도 하는 시 냅 스 효능과 효과의 더 큰 크기에서 더 중요 한 조작 하 여 실제 재활 운동 장애에 대 한 일반적으로 긴 과정으로. 그러나 합의, 모터 개선 지속, 대 한 tDCS 수행 해야 함을 우선적으로 교육30와 함께에서 있다.

비-침략 적 뇌 자극과 관련 된 로봇 치료는 여전히 아직 광범위 하 게 액세스할 수 없습니다, 로봇 치료의 높은 비용 때문 이다. 그러나, 대부분의 로봇은 여전히 비용 제한에 따른 많은 재활 서비스에 금지 이다. 로봇 기술의 비용 로봇 치료의 이용은 가능한7인간의 노동과 비용의 비용에 반대로 미래에 줄일 수 있습니다. 이 프로토콜 이므로 흥미로운 로봇 치료와 물리 재활 되 고 외래 입원 및 외래 높은 농도 더 많은 반복 작업을 수행할 수 있도록 하는 기존의 치료에 큰 약속을 보이고 있다 긴 기간, 최적의 재활 프로그램 결과 즉각적인 피드백 및 운동학의 객관적인 측정 및 역학 운동 성능으로 가능한 각 훈련 세션 후 적극적인 참여에 대 한 환자의 동기를 유지 하는 다른 장점이 있습니다.

TDCS 및 물리적 재활 로봇에 의해 지원의 조합 환자에 대 한 추가 모터 이득 인 혼자 사용 하거나 개입의 효과 강화 수 있습니다. TDCS 인해 대뇌 피 질의 흥분의 변조와 함께 피 질 증가 감각 피드백을 제공 하는 로봇 훈련 주변 sensorimotor 활동의 조합 시 냅 스가 소성 때문에 더 긍정적인 결과 발생할 수 있습니다. 이 조합 접근에 대 한 증거 유망 하다, 비록 여전히 제한 되 고 결정적이 아니, 그들은 개별적으로 적용 하는 경우는 치료에 비교 될 때. 더 많은 연구가 추가 성분 결합된 치료 세션 및 각 치료의 타이밍 및 이전, 도중, 또는 tDCS을 적용할지 여부 재활 후 최적의 수 등의 가능한 추가 효과 조사 하는 데 필요한 효과 기능 결과에 활동입니다.

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Disclosures

저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.

Acknowledgments

저자 스 폴딩 이란 실험실 Neuromodulation의 Instituto de Reabilitação 루시 몬 토로 그들의 관대 한 지원에 대 한이 프로젝트에 감사 하 고 싶습니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
tDCS device Soterix Medical Soterix Medical 1x1
9V Battery (2x)
Two rubber head bands
Two conductive rubber electrodes
Two sponge electrodes
Cables
NaCl solution
Measurement tape
Armeo Spring Robot Hocoma
inMotion ARM Interactive Motion Technologies

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References

  1. Miller, E. L., et al. Comprehensive overview of nursing and interdisciplinary rehabilitation care of the stroke patient: A scientific statement from the American Heart Association. Stroke. 41, (10), 2402-2448 (2010).
  2. Adeyemo, B. O., Simis, M., Macea, D. D., Fregni, F. Systematic review of parameters of stimulation, clinical trial design characteristics, and motor outcomes in noninvasive brain stimulation in stroke. Front Psychiatry. 3, (8), 1-27 (2012).
  3. Johansson, B. B. Current trends in stroke rehabilitation. A review with focus on brain plasticity. Acta Neurologica Scandinavica. 123, (3), 147-159 (2011).
  4. Hummel, F., Cohen, L. G. Improvement of motor function with noninvasive cortical stimulation in a patient with chronic stroke. Neurorehabilitation Neural Repair. 19, (1), 14-19 (2005).
  5. Lo, A. C., et al. Robot-assisted therapy for long-term upper-limb impairment after stroke. New England Journal of Medicine. 362, (19), 1772-1783 (2010).
  6. Mehrholz, J., Haedrich, A., Platz, T., Kugler, J., Pohl, M. Electromechanical and robot-assisted arm training for improving generic activities of daily living, arm function, and arm muscle strength after stroke. Cochrane Database of Systematic Reviews. (2012).
  7. Maciejasz, P., Eschweiler, J., Gerlach-Hahn, K., Jansen-Troy, A., Leonhardt, S. A survey on robotic devices for upper limb rehabilitation. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 11, (3), 10-1186 (2014).
  8. Ang, K. K., et al. Facilitating effects of transcranial direct current stimulation on motor imagery brain-computer interface with robotic feedback for stroke rehabilitation. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 96, (3), S79-S87 (2015).
  9. Chang, W. H., Kim, Y. H. Robot-assisted therapy in stroke rehabilitation. Journal of Stroke. 15, (3), 174-181 (2013).
  10. Volpe, B. T., et al. A novel approach to stroke rehabilitation: robot-aided sensorimotor stimulation. Neurology. 54, (10), 1938-1944 (2000).
  11. Volpe, B. T., et al. Robotic devices as therapeutic and diagnostic tools for stroke recovery. Archives of Neurology. 66, (9), 1086-1090 (2009).
  12. Nitsche, M. A., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. TheJournal of Physiology. 527, (3), 633-639 (2000).
  13. Fregni, F., et al. Transcranial direct current stimulation of the unaffected hemisphere in stroke patients. Neuroreport. 16, (14), 1551-1555 (2005).
  14. Kim, D. Y., et al. Effect of transcranial direct current stimulation on motor recovery in patients with subacute stroke. American Journal of Physical Medicine and Rehabilitation. 89, (11), 879-886 (2010).
  15. Giacobbe, V., et al. Transcranial direct current stimulation (tDCS) and robot practice in chronic stroke: the dimension of timing. NeuroRehabilitation. 33, (1), 49-56 (2013).
  16. Hesse, S., et al. Combined transcranial direct current stimulation and robot-assisted arm training in subacute stroke patients: a pilot study. Restorative Neurology and Neuroscience. 25, (1), 9-16 (2007).
  17. Hesse, S., et al. Combined transcranial direct current stimulation and robot-assisted arm training in subacute stroke patients: an exploratory, randomized multicenter trial. Neurorehabilitation and Neural Repair. 25, (9), 838-846 (2001).
  18. Edwards, D. J., et al. Raised corticomotor excitability of M1 forearm area following anodal tDCS is sustained during robotic wrist therapy in chronic stroke. Restorative Neurology and Neuroscience. 27, (3), 199-207 (2008).
  19. Ochi, M., Saeki, S., Oda, T., Matsushima, Y., Hachisuka, K. Effects of anodal and cathodal transcranial direct current stimulation combined with robotic therapy on severely affected arms in chronic stroke patients. Journal of Rehabilitation Medicine. 45, (2), 137-140 (2013).
  20. DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. Journal of Visualized Experiments. (51), (2011).
  21. Antal, A., Terney, D., Poreisz, C., Paulus, W. Towards unravelling task-related modulations of neuroplastic changes induced in the human motor cortex. European Journal of Neuroscience. 26, (9), 2687-2691 (2007).
  22. Williams, J. A., Pascual-Leone, A., Fregni, F. Interhemispheric modulation induced by cortical stimulation and motor training. Physical Therapy. 90, (3), 398-410 (2010).
  23. Zimerman, M., et al. Modulation of training by single-session transcranial direct current stimulation to the intact motor cortex enhances motor skill acquisition of the paretic hand. Stroke. 43, (8), 2185-2191 (2012).
  24. Nitsche, M. A., et al. Pharmacological modulation of cortical excitability shifts induced by transcranial direct current stimulation in humans. The Journal of Physiology. 553, (1), 293-301 (2003).
  25. Lindenberg, R., Renga, V., Zhu, L. L., Nair, D., Schlaug, G. M. D. P. Bihemispheric brain stimulation facilitates motor recovery in chronic stroke patients. Neurology. 75, (24), 2176-2184 (2010).
  26. Fusco, A., et al. The ineffective role of cathodal tDCS in enhancing the functional motor outcomes in early phase of stroke rehabilitation: an experimental trial. BioMed Research International. (2014).
  27. Kwakkel, G., Kollen, B. J., Krebs, H. I. Effects of robot-assisted therapy on upper limb recovery after stroke: a systematic review. Neurorehabilitation and Neural Repair. 22, (2), 111-121 (2008).
  28. Gilliaux, M., et al. Upper limb robot-assisted therapy in cerebral palsy: a single-blind randomized controlled trial. Neurorehabilitation and Neural Repair. 29, (2), 183-192 (2015).
  29. Timmermans, A. A., et al. Effects of task-oriented robot training on arm function, activity, and quality of life in chronic stroke patients: a randomized controlled trial. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 11, (1), 45 (2014).
  30. Hummel, F. C., et al. Controversy: noninvasive and invasive cortical stimulation show efficacy in treating stroke patients. Brain Stimulation. 1, (4), 370-382 (2008).
  31. Nair, D. G., et al. Optimizing recovery potential through simultaneous occupational therapy and non-invasive brain-stimulation using tDCS. Restorative Neurology and Neuroscience. 29, (6), 411-420 (2011).
  32. Nitsche, M. A., et al. Modulation of cortical excitability by transcranial direct current stimulation. Nervenarzt. 73, (4), 332-335 (2002).

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