Author Produced

Het gecombineerd gebruik van de huidige Stimulatie Transcranial Direct en robotachtige therapie voor de bovenste extremiteit

Neuroscience

Your institution must subscribe to JoVE's Neuroscience section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Het gecombineerd gebruik van Transcraniële gelijkstroom stimulatie en robotachtige therapie als een add-on voor conventionele revalidatie therapie kan resulteren in betere therapeutische resultaten als gevolg van de modulatie van de plasticiteit van de hersenen. In dit artikel beschrijven we de gecombineerde methoden in ons Instituut voor verbetering van de prestaties van de motor na een herseninfarct.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Neurologische aandoeningen zoals beroerte en cerebrale parese zijn belangrijkste oorzaken van langdurige invaliditeit en kunnen leiden tot ernstige arbeidsongeschiktheid en beperking van de dagelijkse activiteiten als gevolg van waardeverminderingen van de onderste en bovenste ledematen. Intensieve fysieke en bezigheidstherapie worden nog steeds beschouwd als belangrijkste behandelingen, maar nieuwe adjunct therapieën aan standaard herstel die van functionele uitkomsten optimaliseren kunnen worden bestudeerd.

Transcraniële gelijkstroom stimulatie (TDC's) is een noninvasive hersenen stimulatie techniek die onderliggende hersengebieden door de toepassing van zwakke directe stromen via elektroden op de hoofdhuid, moduleren van corticale prikkelbaarheid polariseert. Toegenomen belangstelling voor deze techniek kan worden toegeschreven aan de lage kosten, gebruiksgemak, en effecten op de menselijke Neurale plasticiteit. Recent onderzoek heeft verricht om te bepalen van de klinische mogelijkheden van TDC's in uiteenlopende omstandigheden zoals depressie, ziekte van Parkinson en motorische revalidatie na een herseninfarct. TDC's helpt verbeteren plasticiteit van de hersenen en lijkt een veelbelovende techniek in revalidatie programma's.

Een aantal robotic apparaten zijn ontwikkeld om te helpen bij de rehabilitatie van de bovenste extremiteit functie na een herseninfarct. Het herstel van de motorische tekorten is vaak een langdurig proces waarbij multidisciplinaire benaderingen voor een patiënt om maximale onafhankelijkheid te bereiken. Deze apparaten niet van plan om het vervangen van de manuele revalidatie therapie; in plaats daarvan, ze werden ontworpen als een extra instrument aan rehabilitatie programma's, waardoor directe perceptie van resultaten en het bijhouden van verbeteringen, waardoor patiënten om gemotiveerd te blijven.

Zowel de tDSC als de robot-assisted therapy zijn veelbelovende add-ons aan herstel van de beroerte en doelgroep van de modulering van de plasticiteit van de hersenen, met verschillende rapporten beschrijven het gebruik ervan te worden geassocieerd met conventionele therapie en de verbetering van therapeutische resultaten. Echter, meer recentelijk, sommige kleine klinische proeven hebben ontwikkeld die de bijbehorende gebruik van TDC's en robot-assisted therapy in de revalidatie van de beroerte beschrijven. In dit artikel beschrijven we de gecombineerde methoden in ons Instituut voor verbetering van de prestaties van de motor na een herseninfarct.

Introduction

Neurologische aandoeningen zoals beroerte, hersenverlamming en traumatisch hersenletsel zijn belangrijkste oorzaken van lange termijn handicap, als gevolg van laesies en latere neurologische symptomen die tot ernstige arbeidsongeschiktheid en beperking van de dagelijkse activiteiten1 leiden kunnen. Bewegingsstoornissen aanzienlijk verminderen de levenskwaliteit van een patiënt. Motor herstel is fundamenteel gedreven door Neuroplasticiteit, het fundamentele mechanisme ten grondslag liggen aan de reacquisition van motorische vaardigheden verloren als gevolg van2,3van de laesies van de hersenen. Revalidatie therapieën zijn dus sterk gebaseerd op hoge dosis intensieve training en intens herhaling van bewegingen om te herstellen van de kracht en bereik van de beweging. Deze repetitieve activiteiten zijn gebaseerd op dagelijkse leven bewegingen, en patiënten kunnen worden minder gemotiveerd zijn als gevolg van de trage motor herstel en repetitieve oefeningen, die afbreuk kunnen doen aan het succes van neurorehabilitation4. Intensieve fysieke en bezigheidstherapie worden nog steeds beschouwd als belangrijkste behandelingen, maar nieuwere aanvulling therapieën aan standaard herstel worden bestudeerd voor het optimaliseren van functionele resultaten1.

De komst van de Robot-assisted therapieën heeft aangetoond dat het hebben van grote waarde in de revalidatie van de beroerte, beïnvloeden van processen van neuronale synaptische plasticiteit en reorganisatie. Ze zijn onderzocht voor de opleiding van patiënten met beschadigde neurologische functies en het helpen van mensen met een handicap,5. Een van de belangrijkste voordelen van robottechnologie aan rehabilitive interventies toe te voegen is de mogelijkheid om het leveren van hoge intensiteit en hoge dosering opleiding, die anders zou een zeer arbeidsintensief proces6. Het gebruik van robotic therapieën, samen met virtuele realiteit computerprogramma's, voorziet in een onmiddellijke waarneming en evaluatie van de terugwinning van de motor en repetitieve acties in zinvolle, interactieve functionele taken zoals het schoonmaken van een kookplaat7 kunt wijzigen . Hierdoor kan verheffen patiënten motivatie en aanhankelijkheid aan het proces van de lange revalidatie en kunnen, via de mogelijkheid van meten en kwantificeren van de bewegingen, bijhouden van hun vorderingen5. Integratie van robotic therapie in huidige praktijken kan verhogen de werkzaamheid en de effectiviteit van revalidatie en inschakelen van de ontwikkeling van nieuwe wijzen van oefening8.

Therapeutische revalidatie robots taak-specifieke opleidingen aanbieden en kunnen worden onderverdeeld in eind-effector-type apparaten en exoskeleton-achtige apparaten9. Het verschil tussen deze classificaties is gerelateerd aan hoe verkeer wordt overgebracht van het apparaat aan de patiënt. Einde-effector apparaten hebben eenvoudiger structuren, contact met de patiënt ledemaat alleen op haar meest distale gedeelte, waardoor het moeilijker om te isoleren van de beweging van een gewricht. Exoskeleton-gebaseerde apparaten hebben meer complexe ontwerpen met een mechanische structuur die een weerspiegeling vormt van het skelet van de ledematen, zodat een beweging van het apparaat het gewricht dezelfde beweging op de patiënt ledemaat7,9 produceren zal.

De T-WREX is een exoskelet gebaseerde robot die hele armbewegingen (schouder, elleboog, onderarm, pols en vinger bewegingen helpt). De instelbare mechanische arm staat variabele niveaus van ondersteuning van de zwaartekracht, waardoor patiënten hebben sommige overblijvende bovenste extremiteit-functie voor het bereiken van een grotere actieve bereik van de beweging in een driedimensionele ruimtelijke therapie7,9. De MIT-MANUS is een end-effector-type robot die werkt in een enkel plan (x- en y-as) en waarmee dat een tweedimensionale zwaartekracht gecompenseerd therapie, meewerkende schouder en elleboog bewegingen van de patiënt door hand te bewegen in de horizontale of verticale vlak9 , 10. beide robots hebben ingebouwde positie sensoren die kwantificeren kunnen bovenste extremiteit motorische controle en -herstel en een interface voor computer integratie waarmee 1) de opleiding van zinvolle functionele taken gesimuleerd in een digitale leeromgeving en 2) therapeutische oefening games, die helpen de praktijk van motor plan, oog-hand coördinatie, aandacht en gezichtsveld gebreken of verwaarloost7,9. Ze ook voorzien in de vergoeding van de effecten van de zwaartekracht op de bovenste ledematen en kunnen steun en bijstand aan repetitieve en stereotiepe bewegingen in ernstig verminderde patiënten te bieden. Dit vermindert geleidelijk bijstand, zoals het onderwerp verbetert en minimale steun of weerstand voor verkeer voor mild verminderde patiënten9,11 geldt.

Een andere nieuwe techniek voor neurorehabilitation is Transcraniële gelijkstroom stimulatie (TDC's). TDC's is een niet-invasieve hersenen stimulatie techniek die corticale prikkelbaarheid wijzigingen door het gebruik van lage amplitude direct stromingen toegepast via hoofdhuid elektroden12,13 induceert. Afhankelijk van de polariteit van de stroom, kan prikkelbaarheid van de hersenen worden verhoogd door anodal stimulatie of daalde met cathodal stimulatie2.

Onlangs heeft er toegenomen belangstelling voor TDC's, zoals is gebleken dat de gunstige effecten op een breed scala van ziekten zoals een beroerte, epilepsie, ziekte van Parkinson, ziekte van Alzheimer, fibromyalgie, psychiatrische stoornissen zoals depressie, affectieve stoornissen en schizofrenie2. TDC's heeft een aantal voordelen, zoals de relatief lage kosten, gebruiksgemak, veiligheid, en zeldzame nevenwerkingen14. TDC's is ook een pijnloze methode en op betrouwbare wijze kan worden verblind in klinische proeven, aangezien er een schijnvertoning modus13. TDC's is waarschijnlijk niet optimaal voor functionele herstel op eigen; echter is het veelbelovend toegenomen als een bijbehorende therapie in de revalidatie, zoals het hersenen plasticiteit15verbetert.

In dit protocol tonen wij gecombineerde robot-assisted therapy (met twee state-of-the-art robots) en niet-invasieve neuromodulatie met TDC's als een methode voor het verbeteren van de resultaten van de revalidatie, naast conventionele fysiotherapie. De meeste studies waarbij robotic therapieën of TDC's hebben ze gebruikt als geïsoleerde technieken, en weinigen hebben beide, gecombineerd die de gunstige effecten buiten elke interventie alleen kan verbeteren. Deze kleinere proeven aangetoond een mogelijk synergie-effect tussen de twee procedures, met verbeterde motor herstel en functionele vermogen om8,15,16,17,18, 19. Nieuwe multimodale therapieën kunnen daarom verkeer herstel dan de huidige mogelijkheden versterken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dit protocol volgt de richtsnoeren van onze instelling van menselijk onderzoek ethisch comité.

1. TDC 's

  1. Contra-indicaties en speciale overwegingen
    Opmerking: TDC's is een veilige techniek die constant en laag direct stroom door de elektroden stuurt, inducerende wijzigingen in neuronale prikkelbaarheid van het gebied wordt gestimuleerd.
    1. Voorafgaand aan setup voor apparaat, moet u bevestigen dat de patiënt geen contra-indicaties aan TDC's, zoals bijwerkingen van vorige TDC's behandeling, hersenen geïmplanteerde medische hulpmiddelen of de aanwezigheid van metalen implantaten in het hoofd.
    2. Gebruik de volgende criteria: subacute en chronische beroerte patiënten met lichte tot matige hemiparesis van de bovenste extremiteit. Andere contra-indicaties omvatten schedel gebreken, die intensiteit en locatie van stroom veranderen kon, en onderwerpen moeten vrij zijn van unstable medische aandoeningen zoals ongecontroleerde epilepsie.
    3. Inspecteren van de patiënt hoofdhuid grondig voor cutane letsels, zoals acute of chronische huidaandoeningen, snijwonden, of andere inflammatoire symptomen. Vermijd het plaatsen van de elektroden en stimuleren van de gebieden met dergelijke letsels als voorzorgsmaatregel inzake veiligheid.
  2. Materialen voor TDC 's
    1. Controleer of alle volgende genoemde materialen zijn beschikbaar (Figuur 1) voordat u de procedure: TDC's stimulator apparaat 9 V batterij, 2 geleidende elektroden, 2 spons elektroden, kabels, 2 hoofd elastiekjes (of Velcro bandjes, niet-geleidende bandjes) , natriumchloride (NaCl) oplossing, meetlint
  3. Metingen
    1. Elektrode sites zijn meestal gedefinieerd als 10/20 EEG posities, zoals wordt beschreven in een eerdere publicatie20. Zorg ervoor dat het onderwerp zit comfortabel.
    2. Eerst lokaliseren het hoekpunt (Cz).
      1. Meten van de afstand van de nasion (brug van de neus) of de kruising van de voorhoofdsbeen en twee nasale botten tot aan de inion (externe occipital uitsteeksel of meest prominente projectie van het uitsteeksel) en mark van 50% van deze lengte. Markeer dit voorontwerp Cz locatie als een lijn, met behulp van olie potlood of niet giftig water gebaseerde marker.
      2. Meet de afstand van links en rechts vooraf auricular punten (dat wil zeggen, het gebied anterior to de tragus). Deze afstand in tweeën verdelen en markeer het berekende punt met een lijn.
      3. Sluit beide lijnen als u wilt maken van een kruis. Het snijpunt van beide lijnen komt overeen met het hoekpunt (Cz) (Figuur 2).
    3. Het identificeren van de doelsite op het hoofd.
      Opmerking: Anodal stimulatie verhoogt de corticale prikkelbaarheid in de gestimuleerd hersenweefsel, terwijl cathodal stimulatie het vermindert. Eerdere studies hebben gebruikt anodal stimulatie in de lesioned halfrond of cathodal stimulatie in het halfrond contralesional verlagen corticale prikkelbaarheid in de motorschors onaangetast te verhogen in de motorschors waarin dit probleem optreedt. In dit protocol beschrijven we zowel bihemispheric stimulatie (met zowel anodal als cathodal stimulatie in dezelfde sessie) en anodal stimulatie over de primaire motorische cortex.
      1. Voor het opzoeken van de primaire motorische cortex (M1), gebruikt u 20% van de afstand van Cz tot het punt links of rechts vooraf auricular (Figuur 3). Dit gebied moet overeenkomen met de locatie van de C3/C4 EEG.
      2. Plaats de anode boven het centrum van M1 motorische cortex van de ipsilesional halfrond en de kathode over de contralaterale supraorbital regio (Fp) (Figuur 3).
      3. Als alternatief, plaats de anode over het centrum van M1 motorische cortex van de ipsilesional halfrond en de kathode boven de contralesional M1. De posities van M1 voor de elektroden TDC's bevinden zich op kanalen C3 en C4 (Figuur 3).
  4. Voorbereiding van de huid
    1. De huid Inspecteer en Vermijd stimulerende over laesies of beschadigde huid.
    2. Het haar uit de buurt van de site van stimulatie te verbeteren huidgeleiding verplaatsen Reinig het oppervlak van de huid, symptomen van lotion en gel verwijderen. Voor onderwerpen met dikker haar, kan met behulp van geleidende gel nodig zijn.
  5. Elektrode plaatsing en apparaat setup20
    1. Na de voorbereiding van de huid en het lokaliseren van de stimulatie site, plaats één hoofd riem onder de inion, rond de hoofdomtrek. Hoofd riemen gemaakt van niet-geleidend en niet-absorberende materiaal zoals elastisch, bieden Velcro of rubberen banden.
    2. Geniet van de sponzen met zoutoplossing. Voor een 35 cm2 spons, kunnen ongeveer 6 mL oplossing per zijde volstaan. Vermijd oversoaking de spons. Vermijd produceren vloeistof lekken over het onderwerp. Indien nodig, gebruiken een spuit om toe te voegen meer oplossing.
    3. Sluit de kabels aan de TDC's apparaat. Controleer of de polariteit van de kabels juist, aangezien de gevolgen van TDC's polariteit-specifiek zijn (als gestandaardiseerde: rood komt overeen met de anode elektrode, en zwart of blauw komt overeen met de kathode elektrode).
    4. Invoegen de pin connector snoer veilig de geleidend rubber inzet.
    5. Plaats de geleidend rubber inzet in de spons. Ervoor zorgen dat de gehele geleidend rubber inzet wordt gedekt door de spons en dat de pin connector kabel niet zichtbaar is.
    6. Plaats de eerste spons elektrode onder de hoofd riem en ervoor te zorgen dat bovenmatige vloeistof niet wordt vrijgelaten uit de spons.
    7. Sluit beide elastische hoofd banden, volgens de montage van de elektrode gepland.
    8. Plaats de tweede elektrode van de spons op het hoofd over het gebied wordt gestimuleerd, onder de tweede elastische hoofd riem.
    9. Als de totale elektrische weerstand van de elektroden en het lichaam te hoog is, kan dit duiden onvoldoende elektrode set-up. Sommige apparaten bieden weerstand meten, die moet onder de 5 kΩ, ideaal.
    10. Sommige apparaten geven een continu indicatie van weerstand tijdens de stimulatie, die is een handige manier om te ontdekken van mogelijk gevaarlijke situaties (zoals een droge elektrode). In dergelijke gevallen kan het apparaat voltooien of verminderen van de intensiteit van de stimulatie, als de weerstand toeneemt boven een bepaalde drempel.
  6. Stimulatie
    1. Zorg ervoor dat de patiënt wakker, is ontspannen en comfortabel zitten tijdens de procedure-21.
    2. Pas de instellingen van TDC's stimulator (intensiteit, tijd en sham voorwaarde, indien van toepassing). Volgens eerdere studies, gelijkstroom van toepassing gedurende 20 minuten bij een intensiteit van 1 mA.
      Opmerking: Voor sham interventie, de huidige wordt meestal toegepast op alleen voor de eerste 30 s te geven het onderwerp de sensatie van stimulatie. Dit duur is als zijnde effectief in verblindende hen tot de toegewezen interventie, zonder stimulerende corticale prikkelbaarheid22in verschillende studies opgezet.
    3. De TDC's stimulatie te initiëren. Allereerst dat de huidige stroom ramping omhoog de huidige de meest nadelige effecten te vermijden. Op sommige apparaten automatisch speedramp gebeurt, maar als het niet is, verhoogt u de huidige langzaam tijdens de eerste 30 s tot het bereiken van de maximale geprogrammeerd huidige (in ons protocol, maximaal 1 mA).
    4. Na het starten van de elektrische stimulatie, kunnen sommige patiënten waarnemen tijdelijke lichte jeuk sensaties, duizeligheid of vertigo. Dit kan vermeden worden door de huidige op en neer aan het begin en einde van elke sessie ramping.
    5. Aan het einde van de procedure, oprit geleidelijk uit de huidige voor 30 s.
  7. Na de ingreep
    1. Om te registreren en evalueren van de veiligheid van de stimulatie, vragen de patiënt om in te vullen een vragenlijst van gemeenschappelijke bijwerkingen en hun intensiteiten nadat de procedure is voltooid. Hierbij kan irritatie van de huid, misselijkheid, hoofdpijn, brandende sensaties, duizeligheid, tintelingen of andere ongemakken.
    2. Aan de patiënt uitleggen dat elke mogelijke bijwerkingen meestal van lichte of matige intensiteit en meestal tijdelijk zijn.
    3. Na TDC's, verwijzen de patiënten robotic therapie ondergaan.
      Opmerking: In de volgende secties van dit protocol beschrijven we het gebruik van de commerciële versies van de MIT-Manus en T-WREX.

2. robotic therapie met MIT-Manus

  1. Positionering
    Opmerking: Deze robot is een interactieve robot voor het herstel van de bovenste extremiteit. De versie gebruikt in onze studie staat opleiding van beweging van de pols in het horizontale vlak (vlakke).
    1. Zorg ervoor dat het onderwerp zit in een comfortabele en ergonomische stoel, beveiligd door een vier-punts-veiligheidsgordel, en tegenover het videoscherm.
    2. Zorg ervoor dat een opgeleide therapeut is toezicht op de robotic opleiding.
    3. Plaats de hand die onderworpen aan de opleiding in de greep van het robotachtige handvat worden zullen. Beide banden rond de certificaathouder arm aanpassen. De steun op de achterkant van de arm zodanig aanpassen dat het blijft stabiel tijdens de training.
    4. Plaats de paretic bovenste extremiteit zoals aangegeven: schouder in een flexie van 30°, 90° elleboog flexie, onderarm in medio-liggend, pols in een neutrale positie.
    5. Tijdens de werking van de machine, door ervoor te zorgen de beweging van de gewrichten van de schouder en elleboog bereik is beperkt tot ongeveer 45°. Zorg ervoor dat de arm geïmmobiliseerd is, en de pols vrijheid van verkeer heeft. Beweging is mogelijk in het horizontale vlak (in alle mogelijke richtingen).
  2. Opleiding
    1. Het aantal bewegingen in een robotachtige training is variabel; het is echter gebruikelijk om ongeveer 320 herhalingen uitvoeren in elke mogelijke richting van een vliegtuig binnen een hetzelfde vlak.
    2. De video scherm toont signalen van de taken, dat het onderwerp moet uitvoeren en constante feedback van de positie van de arm geeft.
    3. De robot de software heeft verschillende therapeutische oefening games voor motor opleiding. De visuele feedback bestaat meestal uit een gele bal die de patiënt tussen doelen verplaatsen moet. Andere training scenario's zijn beschikbaar.
    4. De robot zal alleen helpen de patiënt indien nodig; bijvoorbeeld, als het onderwerp kan niet het realiseren van de beoogde beweging binnen 2 s, de machine zal helpen voltooien van de beweging. Als het onderwerp niet over genoeg motor coördinatie voor het uitvoeren van de beoogde beweging, zal de robot begeleiden de certificaathouder arm om uit te voeren van de juiste beweging.

3. de opleiding met MIT-Manus Arm

Opmerking: Deze robotarm maakt het mogelijk opleiding van elleboog flexie en extensie, schouder protractie retractie en interne en externe omwenteling van de schouder op een horizontaal vlak.

  1. Positionering
    1. Voor de MIT-MANUS-Arm, door ervoor te zorgen dat het onderwerp zit comfortabel. De veiligheidsgordels dienovereenkomstig aanpassen. Positie van de patiënt rechts of links op de robot arm en aanpassen van beide banden.
    2. De robot de hoogte aanpassen als dit nodig is. De hoogte van de tabel aanpassen als dit nodig is.
    3. Als er ongemak of pijn, druk op de noodstop-knop de robot onmiddellijk uitschakelen.
  2. Opleiding
    1. Kalibreren van de machine door te vragen het onderwerp te bewegen van de arm langs de lijnen.
    2. De robot zal alleen de patiënt helpen indien nodig. Bijvoorbeeld, als het onderwerp kan niet het realiseren van de beoogde beweging binnen 2 s, de machine zal helpen voltooien van de beweging. Als het onderwerp niet over genoeg motor coördinatie voor het uitvoeren van de beoogde beweging, zal de robot begeleiden de certificaathouder arm om uit te voeren van de juiste beweging.
      Opmerking: De robot de software heeft verschillende therapeutische oefening spellen voor motor opleiding. De visuele feedback bestaat meestal uit een gele bal die de patiënt tussen doelen verplaatsen moet. Andere training scenario's zijn beschikbaar.

4. opleiding met T-WREX

  1. Positionering
    Opmerking: De T-WREX bestaat uit een exoskelet dat past van het onderwerp arm en kunt van vrij verkeer van de schouder, elleboog en pols gewrichten in een driedimensionele instelling.
    1. Zorg ervoor dat het onderwerp in een comfortabele en ergonomische stoel geconfronteerd met de video-scherm, waarmee de visuele en auditieve feedback in een virtuele realiteit instelling zit, helpen de patiënt zijn of haar doel te bereiken.
    2. Plaats de patiënt zitten tegenover de robot de belangrijkste module. Gebruik de meegeleverde afstandsbediening daaraan aan te passen van het exoskelet hoogte. Aanpassen van de robot exoskelet arm naar de overeenkomstige kant van de ledematen van de patiënt die zullen worden opgeleid (links of rechts).
    3. Laat ongeveer 4 vingers van hoogte boven de schouder.
    4. Aanpassen van de patiënt ledematen in het exoskelet, aanpassing van de bandjes op de arm en de onderarm.
    5. Pas de lengte van het exoskelet van arm en onderarm dienovereenkomstig, evenals het gewicht (zwaartekracht) compensatie nodig is om de arm (A tot en met I) en de onderarm (A tot en met E). Het bestaat uit een lineaire schaal van zwaartekracht ondersteuning, waar A geen zwaartekracht-ondersteuning heeft.
    6. Ingang van deze metingen met de computer.
    7. Voordat u begint de opleiding, aanpassen en kalibreren van het bereik van de grenzen van de beweging van de robot, afhankelijk van de mogelijkheden van de patiënt.
    8. Vragen om te testen de gekalibreerd bereik van de beweging, de patiënt te verplaatsen van de kubus in alle richtingen van het scherm.
  2. Opleiding
    1. In elke sessie, hebben het individu ongeveer 72 herhalingen van de beweging naar verschillende functionele doelstellingen (meestal een T-WREX trainingssessie duurt ongeveer 60 minuten) uitvoeren.
    2. Tussen elke beweging, kunt u een interval van 10 seconden om te voorkomen dat vermoeidheid. De 72 herhalingen zijn verdeeld in 3 blokken van elk 24 bewegingen. Een interval van 5 minuten tussen elk blok van 24 bewegingen toestaan.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Niet-invasieve hersenstimulatie met TDC's heeft recentelijk gegenereerde rente als gevolg van de potentiële effecten van de neuroplastic, relatief goedkope apparatuur, gebruiksgemak en enkele bijwerkingen22. Studies hebben aangetoond dat neuromodulatie door TDC's heeft het potentieel om het moduleren van de corticale prikkelbaarheid en plasticiteit, aldus de verbeteringen in de prestaties van de motor door middel van synaptische plasticiteit te bevorderen door het stimuleren van de primaire motorische cortex-4. Anodal stimulatie verhoogt corticale prikkelbaarheid doordat de depolarisatie van neuronen in de primaire motorische cortex-gebied, terwijl cathodal stimulatie hyperpolarizes de rustpotentiaal membraan en vermindert de neuronale ontploffing, waardoor interhemispheric inhibitie van de contralesional primaire motorische cortex. Dual TDC's combineert deze twee montages door vergemakkelijking van de activiteiten op het gebied van ipsilesional en remming van de contralesional halfrond12,23.

Eerdere studies hebben gemeld elektrofysiologische van TDC's duurzame tot 90 min en gedragsmatige gevolgen blijvend tot 30 min., na een enkele 20 min TDC's sessie (Figuur 4)24,32. Het bewijs is nog steeds omstreden, zoals deze positieve bevindingen niet consistent zijn. Lindenberg et al. 25 gevonden functionele motor verbetering na stimulatie van de bihemispheric die de interventieperiode (Figuur 5 overleefde), en een meta-analyse gepubliceerd in 2012 stelde dat het gebruik van niet-invasieve brain stimulatie zoals TMS en repetitieve TMS werden geassocieerd met verbeteringen in motor herstel, zowel individueel en wanneer vergeleken met placebo stimulatie2. Een experimentele proces door Fusco et al. 26 gevonden geen functionele verbetering voor cathodal TDC's in de vroege fasen van een beroerte; echter, Fregni et al. 13 gevonden dat zowel geïsoleerd cathodal of anodal (maar niet schijnvertoning) stimulatie motor functie aanzienlijk verbeterd. Deze controversiële resultaten zijn waarschijnlijk als gevolg van de heterogeniteit van de patiënt kenmerken (dat wil zeggen, acute vs. chronische beroerte-patiënten, milde vs. ernstige motor bijzondere waardeverminderingen) en stimulatie kenmerken (dat wil zeggen, aantal sessies van TDC's, de duur van de sessie, de anodal vs. cathodal vs. dual stimulatie).

Het bewijs voor robotic therapie in de revalidatie is opvallender, tonen duidelijk incrementele vermindering van motor bijzondere waardevermindering27. Echter, als gevolg van het grote aantal fabrikanten en verschillende soorten robotic apparaten, elke machine heeft unieke eigenschappen, kwaliteiten en beperkingen. De American Heart Association stelt dat robot-assisted therapie voor de bovenste extremiteiten heeft bereikt klasse I niveau van bewijskracht voor beroerte patiënten in ambulante instellingen en klasse IIa in intramurale instellingen1. Een review van 19 proeven en 666 patiënten gevonden dat onderwerpen die robot-assisted arm opleiding na een herseninfarct ontvangen waren meer kans om te laten zien van verbeteringen in de dagelijkse activiteiten van de levende en paretic arm functie6. Een single-blinde studie gevonden dat kinderen met cerebrale verlamming in maatregelen voor handigheid in vergelijking met de controle groep28, terwijl Timmermans et al. aanzienlijk verbeterd 29 gevonden dat chronische beroerte-patiënten toonde significante verbeteringen in taakgerichte arm opleiding die werd gehandhaafd voor 6 maanden na interventie. Bovendien worden een multi center gerandomiseerde gecontroleerde trial gevonden dat chronische beroerte patiënten met matige tot ernstige Opper-ledemaat waardeverminderingen vertoonden aanzienlijke maar bescheiden verbeteringen in arm functie, beweging en levenskwaliteit maatregelen na robot opleiding in de studieperiode van 36 weken durende vergeleken met de standaard van zorg patiënten maar niet intensieve fysiotherapie patiënten (Figuur 6)5.

Terwijl proeven van neurorehabilitation met TDC's of robotachtige therapie hebben uitgevoerd, zijn weinig uitgevoerd voor het combineren van deze therapieën. Hessen et al. 16 een voorstudie pilot uitgevoerd en vond dat anodal TDC's naar het getroffen halfrond in combinatie met robot-assisted arm opleiding geen significante verbeteringen in functie van de motor in sub acute beroerte-patiënten veroorzaakt. Een andere studie door Ochi et al. 19 bleek dat zowel anodal TDC's naar het getroffen halfrond en cathodal stimulatie de onaangetast halfrond een beperkt maar vergelijkbare omvang motor verbetering kunnen bereiken. Ten slotte Edwards et al. 18 gevonden dat verbeteringen in de corticale prikkelbaarheid en verminderde corticale remming in actieve groepen van TDC's plus robot therapie hebben geleid tot grotere winsten op motor functie.

Recent onderzoek suggereert dat de volgorde van de stimulatie belangrijk voor de verbetering van de functie is. Giacobbe et al. 15 geëvalueerd van de dimensie van timing in gecombineerde robotic therapie met TDC's voor herintegratie van de pols in de lijn van de chronische patiënten en vond dat de snelheid van de beweging van de pols en gladheid (> 15%) waren verbeterd wanneer TDC's voorafgaand aan een zitting van de 20 min van werd geleverd Robotic opleiding maar niet bezorgd als tijdens of na de training (Figuur 7). Deze resultaten contrast met andere studies die vond dat gelijktijdige ergotherapie en TDC's tot significante verbeteringen van de motor31 leiden. Ten slotte, Nair et al. 31 gevonden dat het gebruik van gelijktijdige cathodal TDC's en ergotherapie geleid tot aanzienlijk hogere veranderingen van motor herstel in vergelijking met therapie met sham stimulatie (Figuur 8).

Figure 1
Figuur 1 : Materialen voor TDC's. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : Vertex positie. Corticale gebieden zijn aangegeven volgens het systeem van 10/20. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 : Motorische cortex positie. Corticale gebieden zijn aangegeven volgens het systeem van 10/20. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 : Elektrofysiologische effecten van een enkele TDC's sessie. Na een sessie van één TDC's van 20 min, kunt elektrofysiologische effecten laatst omhoog aan 90 min, en gedragsmatige effecten tot 30 min na stimulatie. Herdruk van Nitsche et al.. 32, met toestemming van Springer Nature. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5 : Wijzigingen in de primaire en secundaire uitkomsten gedurende de studieperiode van 36 weken durende ten opzichte van de basislijn. Lo et al. 5 gevonden significant maar bescheiden verbeteringen in functie van de arm, beweging en kwaliteit van leven na robottraining. Dit cijfer is herdrukt met toestemming van Massachusetts medische maatschappij5. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6 : Wijzigingen in de motor bijzondere waardevermindering scores en fMRI lateralisatie index. Lindenberg et al. 25 gevonden functionele veranderingen in motor bijzondere waardevermindering scores en verbeterde functie van het aangetaste ledematen na bihemispheric TDC's. Herdruk van Lindenberg et al. met toestemming van Lippincott Williams & Wilkins25. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7 : Effect van de interventie type op motor prestaties kinematica. Giacobbe et al. 15 gevonden dat TDC's afgeleverd vóór robotic therapie verbeterd pols bewegingen en gladheid. Herdruk van Giacobbe et al. 15 met toestemming van IOS Press. De publicatie is beschikbaar op IOS Press via 10.3233/NRE-130927 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 8
Figuur 8 : Effect van cathodal TDC's plus ergotherapie31 . Gelijktijdige TDC's en ergotherapie geleid tot aanzienlijk (*) hogere veranderingen van motor verbetering. Herdruk vanNair et al. 31 met toestemming van IOS Press. De publicatie is beschikbaar op IOS Press via 10.3233/RNN-2011-0612 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

In dit protocol beschrijven we een standaard therapie protocol voor stimulatie van de gecombineerde TDC's verbonden en robotachtige therapie, gebruikt als een aanvulling op conventionele rehabilitatie programma's bij patiënten met arm bijzondere waardeverminderingen. Doel van het protocol is het verbeteren van motorische functie en mobiliteit. Het is belangrijk om te observeren de speedramp-on en speedramp-off van de TDC's machine dat elk gevaar voor bijwerkingen. TDC's is een veilige techniek met weinig bijwerkingen beschreven in de literatuur2.

Het protocol kan worden gewijzigd op kleine manieren. Eerdere verslagen in de literatuur beschreven TDC's worden toegepast vóór, tijdens of na motor opleiding (ofwel met robots of menselijke hulp). In ons protocol beschreven we een sessie 20 min van TDC's onmiddellijk gevolgd door robotic therapie. Sommige studies hebben betere resultaten voor gelijktijdige TDC's en robotachtige opleiding gevonden.

Na een beroerte, gebaseerd op het model van interhemispheric competitie, worden motorische tekorten voorgesteld ten dele te wijten aan verminderde output van de primaire motorische cortex (M1) van het beschadigde halfrond en verhoogde remmende invloed van de contralesional M1 halfrond. In dit protocol, wij gekozen voor anodal stimulatie van de lesional M1 en de mogelijkheid van stimulatie van de bihemispheric beschreven. Anodal TDC's stimulatie verhoogt corticale prikkelbaarheid van de beschadigde M1, terwijl cathodal stimulatie corticale prikkelbaarheid in de intact M1 afneemt; echter, dubbele toepassing van TDC's target deze beide gebieden tegelijk. Andere protocollen ook kiezen voor een bihemispheric stimulatie, zoals sommige studies hebben gemeld grotere motor functie winsten18,25.

Eerdere studies hebben geëvalueerd eenmalige toediening of enkele sessies van TDC's voor neurorehabilitation, met korte nawerkingen blijvend tot 90 min. na een sessie van de stimulatie 20-30 min. Herhaalde sessies hebben soms een meer duur en omvang van effecten door het induceren van een grotere manipulatie in synaptic werkzaamheid en de grotere omvang van effecten, fysieke rehabilitatie voor Bewegingsstoornissen is meestal een lang proces. Er is een consensus, echter dat TDC's voor een duurzame verbetering van de motor, bij voorkeur moet worden uitgevoerd in combinatie met de opleiding30.

Robotic therapie die zijn gekoppeld aan niet-invasieve hersenstimulatie is nog steeds niet nog algemeen toegankelijk, vanwege de hoge kosten van robotic therapie. De meeste robots, zijn echter nog steeds kosten-verbiedend tot vele revalidatie diensten, resulterend in beperkte mate gebruik maakt. De kosten van robotic technologie kan afnemen in de toekomst in tegenstelling tot de kosten van menselijke arbeid, en kosteneffectiviteit als een voordeel van robotic therapie mogelijk7 is. Dit protocol is interessant omdat fysieke revalidatie met robotachtige therapieën heeft aangetoond grote belofte in het zijn een aanvulling op conventionele therapie, waardoor zowel TBS en ambulante patiënten meer repetitieve taken met hogere intensiteiten en voor uit te voeren langere periodes, wat resulteert in een optimale revalidatieprogramma. Andere voordelen zijn onmiddellijk feedback en objectieve metingen van de kinematica en dynamica van de prestaties van de beweging die is mogelijk na elke trainingssessie, helpen om de motivatie van de patiënt voor actieve deelname.

De combinatie van TDC's en fysieke rehabilitatie bijgestaan door robots kan versterken de effecten van beide interventie gebruikt alleen, wat resulteert in extra motor winsten voor patiënten. De combinatie van de robot-perifere sensomotorische opleidingsactiviteiten die verhoogde sensorische feedback te geven aan de cortex samen met de modulering van de corticale prikkelbaarheid als gevolg van TDC's kan resulteren in een meer positieve resultaat, als gevolg van synaptische plasticiteit. Het bewijs voor deze combinatorische aanpak is veelbelovend, hoewel nog steeds beperkt en onduidelijk is, in vergelijking met de therapieën wanneer ze afzonderlijk worden toegepast. Meer studies zijn nodig om andere te onderzoeken de synergie en de mogelijke bijkomende gevolgen van de gecombineerde therapie, zoals het optimale aantal sessies en timing van elke therapie en of TDC's moet worden toegepast voor, tijdens of na de revalidatie activiteiten tot effect functionele resultaten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.

Acknowledgments

De auteurs bedank het Spaulding laboratorium van Neuromodulatie en het Instituto de Reabilitação Lucy Montoro voor hun gulle steun aan dit project.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics