Author Produced

Kombinert bruk av Transkraniell direkte gjeldende stimulering og Robotic terapi for den øvre lem

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

Kombinert bruk av Transkraniell likestrøm stimulering og robotic terapi som et tillegg til konvensjonelle rehabilitering terapi kan resultere i bedre terapeutiske utfall på grunn av modulering av hjernens plastisitet. I denne artikkelen beskriver vi de kombinerte metodene brukes i vårt Institutt for motor ytelsen etter hjerneslag.

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

Nevrologiske lidelser som slag og cerebral parese er viktigste årsakene til langsiktig funksjonshemming og kan føre til alvorlige svakheter og begrensning av daglige aktiviteter grunn nedre og øvre lem impairments. Intensive fysiske og ergoterapi er fortsatt anses viktigste behandlinger, men nye Tilleggsbehandling behandlingsformer til standard rehabilitering som kan optimalisere funksjonelle resultater blir undersøkt.

Transkraniell likestrøm stimulering (tDCS) er en noninvasive hjernen stimulering teknikk som polarizes underliggende områder av hjernen gjennom anvendelse av svake direkte strømmer gjennom elektroder i hodebunnen, modulerende kortikale excitability. Økt interesse i denne teknikken kan tilskrives sin lave kostnader, brukervennlighet, og effekter på menneskelig nevrale plastisitet. Nyere forskning har utført kliniske potensialet av tDCS i ulike tilstander som depresjon, Parkinsons sykdom og motor rehabilitering etter hjerneslag. tDCS bidrar til å øke hjernens plastisitet og synes å være en lovende teknikk i rehabiliteringsprogrammer.

Et antall robotsveising enheter er utviklet for å bistå i rehabiliteringen av øvre lem funksjon etter hjerneslag. Rehabilitering av motor underskudd er ofte en lang prosess som krever tverrfaglige tilnærminger for en pasient å oppnå maksimal uavhengighet. Disse enhetene skal ikke erstatte manuell rehabilitering; i stedet var de utformet som en ekstra verktøy å rehabiliteringsprogrammer, slik at umiddelbar oppfatning av resultater og spore forbedringer, dermed hjelpe pasienter å bli motivert.

Både tDSC og robot-hjalp Terapi er lovende tillegg til slag rehabilitering og målrette modulering av hjernens plastisitet, med flere rapporter som beskriver bruken knyttes konvensjonell terapi og forbedring av terapeutiske resultater. Men nylig, har noen kliniske forsøk blitt utviklet som beskriver tilknyttet bruken av tDCS og robot-hjalp Terapi i slag rehabilitering. I denne artikkelen beskriver vi de kombinerte metodene brukes i vårt Institutt for motor ytelsen etter hjerneslag.

Introduction

Nevrologiske lidelser som slag, cerebral parese og traumatisk hjerneskade er viktigste årsakene til langsiktig funksjonshemming, lesjoner og påfølgende nevrologiske symptomer som kan føre til alvorlige svakheter og begrensning av daglige aktiviteter1. Bevegelsesforstyrrelser redusere pasientens livskvalitet. Motor utvinning er fundamentalt drevet av neuroplasticity, grunnleggende mekanismen underliggende reacquisition av motoriske ferdigheter tapt på grunn av hjernen lesjoner2,3. Dermed er rehabilitering terapi sterkt basert på høy dose intensiv trening og intens repetisjon av bevegelser å gjenopprette styrke og bevegelse. Disse gjentatte aktiviteter er basert på daglige liv bevegelser, og pasienter kan bli mindre motivert motor saktebevegende og repeterende oppgaver, som kan svekke suksessen til neurorehabilitation4. Intensive fysiske og ergoterapi er fortsatt anses viktigste behandlinger, men nyere tilleggsbehandling behandling til standard rehabilitering blir undersøkt for å optimalisere funksjonelle resultater1.

Bruk av robot-hjalp terapi har vist seg å ha stor verdi i slag rehabilitering, påvirke prosesser neuronal synaptiske plastisitet og omorganisering. De har blitt undersøkt for opplæring av pasienter med skadet nevrologiske funksjoner og hjelpe personer med funksjonshemninger5. En av de viktigste fordelene med å robot-teknologi rehabilitive intervensjoner er dens evne til å levere høy intensitet og høy dosering trening, som ellers ville være en svært arbeidskrevende prosess6. Bruk av robot terapier, sammen med virtuell virkelighet dataprogrammer, gir en umiddelbar oppfatning og evaluering av motor utvinning og kan endre repeterende handlinger til meningsfull, interaktive funksjonelle oppgaver som rengjøring en stovetop7 . Dette kan heve pasientenes motivasjon og overholdelse av lang rehabiliteringsprosessen tillater, gjennom muligheten til å måle og kvantifisere bevegelser, sporing av deres fremgang5. Integrering av robot terapi i gjeldende praksis kan øke effekten og effektiviteten av rehabilitering og aktiverer utviklingen av romanen driftsmoduser øvelse8.

Terapeutisk rehabilitering roboter gi oppgave-spesifikke opplæring og kan deles inn i slutten effektor-innretninger og exoskeleton-type enheter9. Forskjellen mellom disse klassifikasjoner er relatert til hvordan bevegelse overføres fra enheten til pasienten. Slutten-effektor enheter har enklere strukturer, kontakter pasientens lem bare på sitt mest distale delen, gjør det vanskeligere å isolere bevegelse i en felles. Exoskeleton-baserte enheter har mer komplekse design med en mekanisk struktur som gjenspeiler den skjelettlidelser strukturen av lem, så en bevegelse av enhetens felles vil produsere den samme bevegelsen på pasientens lem7,9.

T-WREX er en exoskeleton-baserte robot som hjelper hele armbevegelser (skulder, albue, underarm, håndleddet og fingerbevegelser). Justerbar mekanisk arm gir variable beskyttelsesnivåer tyngdekraften støtte, slik at pasienter som har noen gjenværende øvre lem-funksjon for å oppnå en større aktive bevegelsesutslag i en tridimensional romlige terapi7,9. MIT-MANUS er en ende-effektor-type robot som fungerer i en enkelt plan (x- og y-aksen) og lar en todimensjonal tyngdekraft kompensert terapi, bistå skulder og albue bevegelser ved å flytte pasientens hånd i horisontalt eller vertikalt plan9 , 10. både roboter har innebygd posisjon sensorer som kan kvantifisere øvre ekstremitetene motorstyring og utvinning og et grensesnitt for datamaskinen integrering som lar 1) opplæring av meningsfull funksjonelle oppgaver simulert i et virtuelt læringsmiljø og 2) terapeutiske trening spill, som hjelpe praksisen med motor planlegging, øye-hånd koordinasjon, oppmerksomhet og visuelle feltet defekter eller forsømmer7,9. De også gi kompensasjon tyngdekraften effekter på den øvre lem og kan tilby kundestøtte repeterende og stereotype bevegelser i alvorlig nedsatt pasienter. Dette reduserer gradvis Hjelp emnet forbedrer og gjelder minimal hjelp eller motstand bevegelse for mildt svekket pasienter9,11.

En annen ny teknikk for neurorehabilitation er Transkraniell likestrøm stimulering (tDCS). tDCS er en ikke-invasiv hjernen stimulering teknikk som induserer kortikale excitability endringer ved hjelp av lav amplituden direkte strøm brukes via hodebunnen elektroder12,13. Avhengig av polariteten til gjeldende flyt, kan hjernen excitability økes ved anodal stimulering eller senkes med cathodal stimulering2.

Nylig har det vært økt interesse tDCS, som det har vist å ha gunstige effekter på en rekke sykdommer som slag, epilepsi, Parkinsons sykdom, Alzheimers sykdom, Fibromyalgi, psykiske lidelser som depresjon, affektive lidelser og schizofreni2. tDCS har noen fordeler, for eksempel relativt lav kostnad, brukervennlighet, sikkerhet, og sjeldne bivirkninger14. tDCS er også en smertefri metode og kan bli pålitelig blendet i kliniske forsøk, som den har en humbug modus13. tDCS trolig ikke optimal for funksjonelle utvinning av seg selv. Det er imidlertid viser økt løftet som en tilknyttet terapi i rehabilitering, som det forbedrer hjernen plastisitet15.

I denne protokollen viser vi kombinert robot-hjalp terapi (med to state-of-the-art roboter) og ikke-invasiv neuromodulation med tDCS for å forbedre rehabilitering resultater, i tillegg til konvensjonelle fysioterapi. De fleste studier som involverer robot terapi eller tDCS har brukt dem som isolert teknikker, og få har kombinert begge, som kan forsterke de positive effektene utover hver intervensjon alene. Disse mindre studier viste en mulig synergistisk effekt mellom de to prosedyrene, med økt motor utvinning og funksjonsevne8,15,16,17,18, 19. Derfor kan romanen multimodal terapi forbedre bevegelse utvinning utenfor gjeldende mulighetene.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne protokollen følger retningslinjene i institusjonens menneskelige forskning etikk.

1. tDCS

  1. Kontraindikasjoner og spesielle hensyn
    Merk: tDCS er en sikker teknikk som sender konstant og lav likestrøm gjennom elektrodene, inducing endringer i neuronal excitability av området blir stimulert.
    1. Før Enhetsinnstillinger, bekrefter du at pasienten ikke har noen kontraindikasjoner til tDCS, som uønskede reaksjoner på tidligere tDCS behandling, implantert hjernen medisinsk utstyr eller tilstedeværelse av metalimplantater i hodet.
    2. Bruk følgende inklusjonskriterier: subakutt og kronisk slagpasienter med lette til moderate øvre ekstremitet hemiparesis. Andre kontraindikasjoner inkluderer skallen defekter, som kan endre intensitet og plassering av dagens flyt, og fag må være fri for ustabil medisinske tilstander som ukontrollert epilepsi.
    3. Inspisere pasientens hodebunnen grundig for cutaneous lesjoner, som akutt eller kronisk hudlidelser, kutt eller andre inflammatoriske tegn. Unngå å plassere elektrodene og stimulere områder med slike lesjoner som en forholdsregel.
  2. Materialer for tDCS
    1. Sjekk Hvis alle disse materialer er tilgjengelige (figur 1) før du starter prosedyren: tDCS stimulator enheten 9 V-batteriet, 2 ledende elektroder, 2 svamp elektroder, 2 hodet gummistrikk (eller Velcro stropper, ikke-ledende Reimer) , natriumklorid (NaCl) løsning, målebånd
  3. Målinger
    1. Elektroden nettsteder er vanligvis definert som 10/20 EEG posisjoner, som beskrevet i en tidligere publikasjon20. Kontroller at emnet sitter komfortabelt.
    2. Først lokalisere toppunktet (Cz).
      1. Mål avstanden fra nasion (bro over nesen) eller veikryss frontale ben og to nesebein til inion (ekstern occipital fremspringet eller fremste projeksjon av fremspringet) og markere 50% av denne lengden. Merk en linje, en olje blyant eller nontoxic vannbasert markør foreløpig plasseringen, Cz.
      2. Måle venstre og høyre pre auricular avstanden (dvs. området anterior til tragus). Del denne avstanden i to og Merk beregnet punktet med en linje.
      3. Koble begge linjer for å lage et kors. Skjæringspunktet mellom begge linjer vil tilsvare toppunktet (Cz) (figur 2).
    3. Identifisere målområdet på hodet.
      Merk: Anodal stimulering øker kortikale excitability stimulert hjernen vev, mens cathodal stimulering reduserer det. Tidligere studier har brukt anodal stimulering av lesioned halvkule eller cathodal stimulering av contralesional halvkule for å redusere kortikale excitability i upåvirket motorisk cortex og øke det berørte motorisk cortex. I denne protokollen, vil vi beskrive både bihemispheric stimulering (med både anodal og cathodal stimulering i samme økt) og anodal stimulering over primære motorisk cortex.
      1. For å finne den primære motorisk cortex (M1), kan du bruke 20% av avstanden fra Cz til venstre eller høyre pre auricular punktet (Figur 3). Dette området bør tilsvare C3/C4 EEG plasseringen.
      2. Sted over midten av M1 motorisk cortex av ipsilesional halvkule anoden og katoden over kontralateral supraorbital regionen (Fp) (Figur 3).
      3. Alternativt, plasser anoden over midten av M1 motorisk cortex ipsilesional halvkule og katoden over contralesional M1. M1 stillinger for tDCS elektrodene er plassert på kanaler C3 og C4 (Figur 3).
  4. Huden forberedelse
    1. Inspisere huden og unngå stimulerende lesjonene eller skadet hud.
    2. Flytte håret fra nettstedet til stimulering å forbedre konduktans. Rengjør overflaten av huden, fjerne tegn på lotion og gel. For fag med tykkere hår, kan bruker ledende geleen være nødvendig.
  5. Elektroden posisjonering og enhet oppsett20
    1. Etter å forberede huden og lokalisere webområdet stimulering, plassere en hodet stropp under inion, rundt hodet omkretsen. Gi hodet stropper laget av ikke-gjennomføring og ikke-absorberende materiale som elastisk, Velcro eller Gummistropper.
    2. Nyt svampene med saltvann. For en 35 cm2 svamp, kan ca 6 mL løsning per side nok. Unngå oversoaking svamp. Unngå produsere lekker over faget. Om nødvendig kan du bruke en sprøyte legge mer løsningen.
    3. Koble kablene til tDCS enheten. Kontroller polariteten til kablene er riktig, siden effekten av tDCS er polaritet-spesifikk (som standardisert: rød samsvarer trioden elektroden, og svart eller blå tilsvarer katoden elektroden).
    4. Sett inn kobling ledningen pin trygt i den ledende gummi rammemargen.
    5. Sett inn den ledende gummi rammemargen i svamp. Kontroller at den hele ledende gummi rammemargen dekkes av svampen og at kontakten ledningen pin ikke er synlig.
    6. Plasser den første svamp elektroden under hodet stroppen og sikre at overdreven væske ikke blir frigitt fra svamp.
    7. Koble begge elastisk hodet stropper, ifølge elektrode montasjen planlagt.
    8. Plass andre svamp elektroden på hodet over området blir stimulert, under den andre elastisk hodet stroppen.
    9. Hvis den samlede motstanden elektroder og kroppen er høy, kan det tyde utilstrekkelig elektrode oppsett. Noen enheter gir motstand måling, som skal være under 5 kΩ, ideelt.
    10. Noen enheter gir en kontinuerlig indikasjon motstand i stimulering, som er nyttig for å oppdage potensielt farlige situasjoner (som en tørr elektrode). I slike tilfeller kan enheten fullføre eller redusere stimulering intensiteten motstand øker utover en viss terskel.
  6. Stimulering
    1. Kontroller at pasienten er våken, avslappet og sitter komfortabelt under prosedyre21.
    2. Juster tDCS stimulator innstillingene (intensitet, tid og humbug tilstand, hvis aktuelt). I samsvar med tidligere studier bruke likestrøm i 20 minutter på en intensitet av 1 mA.
      Merk: For humbug intervensjon, gjeldende brukes bare for de første 30 å gi emnet følelsen av stimulering. Denne varigheten er etablert i flere studier å være effektiv i blendende dem til tilordnede intervensjon, uten stimulerende kortikale excitability22.
    3. Starte tDCS stimulering. Start gjeldende flyt ved en gradvis oppbygging av gjeldende for å unngå mest uheldige virkninger. Ramping opp automatisk gjort på noen enheter, men hvis ikke øke gjeldende sakte i løpet av de første 30 å nå maksimum programmert gjeldende (i vår protokollen, opp til 1 mA).
    4. Etter igangsetting elektrisk stimulering, kan noen pasienter oppfatter midlertidig liten kløe opplevelser, svimmelhet og svimmelhet. Dette kan unngås ved gradvis gjeldende opp og ned på starten og slutten av hver treningsøkt.
    5. På slutten av prosedyren, gradvis rampen av gjeldende for 30 s.
  7. Etter inngrepet
    1. For å registrere og vurdere sikkerheten til stimulering, be pasienten om å fylle ut et spørreskjema for vanlige bivirkninger og deres intensiteter etter at inngrepet er gjort. Dette kan omfatte hudirritasjon, kvalme, hodepine, brennende fornemmelser, svimmelhet, prikking eller andre ubehag.
    2. Forklar pasienten at eventuelle mulige bivirkninger er vanligvis mild eller moderat intensitet og vanligvis forbigående.
    3. Etter tDCS, kan du se pasientene å gjennomgå robot terapi.
      Merk: I de neste delene av denne protokollen, vil vi beskrive bruken av de kommersielle versjonene av MIT-Manus og T-WREX.

2. robot terapi med MIT-Manus

  1. Posisjonering
    Merk: Denne roboten er en interaktiv robot for rehabilitering av den øvre lem. Versjonen som brukes i vår undersøkelse kan opplæring av håndleddet bevegelse vannrett (plan).
    1. Kontroller at emnet er plassert i en komfortabel og ergonomisk stol, sikret av en fire-punkts sikkerhetsbeltet og mot skjermen.
    2. Kontroller at en utdannet terapeut er veileder robot trening.
    3. Plass hånden som belastes trening i grepet av robot håndtaket. Justere både stropper rundt emnet arm. Juster støtte på baksiden av armen slik at den holder seg stabil under trening.
    4. Plasser paretic øvre enden som angitt: skulder i 30° refleksjoner, 90° vinkel refleksjoner, underarm i midten liggende posisjon, håndleddet i nøytral posisjon.
    5. Under maskinen drift, kontroller bevegelse av skulder ledd og albue området er begrenset til ca 45°. Kontroller at armen er immobilized, og håndleddet har bevegelsesfrihet. Bevegelsen er mulig på det horisontale planet (i alle mulige retninger).
  2. Trening
    1. Bevegelser i en robot treningsøkt er variabel. Imidlertid er det vanlig å utføre om lag 320 repetisjoner i alle mulige retninger av et fly i samme flyet.
    2. Skjermen viser stikkordene oppgaver at faget skal utføre og gir konstant tilbakemelding for plasseringen av armen.
    3. Robotens programvare har flere terapeutiske trening spill motor trening. Den visuelle tilbakemeldingen består vanligvis av en gul ball som pasienten må flytte mellom mål. Andre trening scenarier er tilgjengelige.
    4. Roboten vil bare hjelpe pasienten hvis nødvendig. for eksempel, hvis emnet ikke kan realisere den tiltenkte bevegelsen innen 2 s, maskinen vil bidra til å fullføre sin bevegelse. Hvis emnet ikke har nok koordinasjon å gjennomføre den tiltenkte bevegelsen, guide roboten fagets arm for å utføre den aktuelle bevegelsen.

3. opplæring med MIT-Manus Arm

Merk: Denne robotarm lar opplæring av albuen strekking og utvidelse, skulder protraction og retraksjon og skulder interne og eksterne rotasjon på et horisontalt plan.

  1. Posisjonering
    1. MIT-MANUS armen, kontroller at emnet sitter komfortabelt. Bilbelte, justeres tilsvarende. Posisjon pasientens høyre eller venstre arm på roboten og justere både stropper.
    2. Juster robotens høyde som nødvendig. Justere Tabellhøyden behov.
    3. Hvis det er noe ubehag eller smerte, trykk på nødstoppknappen slå av roboten umiddelbart.
  2. Trening
    1. Kalibrere maskinen ved å spørre emnet å flytte sin arm retning.
    2. Roboten vil bare hjelpe pasienten om nødvendig. For eksempel, hvis emnet ikke kan realisere den tiltenkte bevegelsen innen 2 s, maskinen vil bidra til å fullføre sin bevegelse. Hvis emnet ikke har nok koordinasjon å gjennomføre den tiltenkte bevegelsen, guide roboten fagets arm for å utføre den aktuelle bevegelsen.
      Merk: Robotens programvare har flere terapeutiske trening spill motor trening. Den visuelle tilbakemeldingen består vanligvis av en gul ball som pasienten må flytte mellom mål. Andre trening scenarier er tilgjengelige.

4. trening med T-WREX

  1. Posisjonering
    Merk: T-WREX består av en exoskeleton som passer fagets arm og tillater fri bevegelse av skulder, albue og håndleddet leddene i tridimensional omgivelser.
    1. Kontroller at emnet er plassert i en komfortabel og ergonomisk stol mot skjermen, som gir visuelle og auditive tilbakemeldinger i en virtuell virkelighet, å hjelpe pasienten oppnå sitt mål.
    2. Plass pasienten sitter foran robotens viktigste modul. Bruk medfølgende fjernkontrollen for å justere den exoskeleton høyden tilsvarende. Justere robotens exoskeleton arm å det tilsvarende siden av pasientens lem som vil bli trent (enten venstre eller høyre).
    3. La ca 4 fingrene av høyde over skulderen.
    4. Justere pasientens lem i ytre skjelett, justere stroppene på armen og underarmen.
    5. Juster lengden på ytre skjeletts arm og underarm følgelig samt vekt (tyngdekraften) kompensasjon nødvendig for arm (A til jeg) og underarmen (A til E). Det består av en lineær skala av tyngdekraften støtte, hvor A har ikke støtte for tyngdekraften.
    6. Angi disse målingene til datamaskinen.
    7. Før du starter treningen, justere og kalibrere den gang grensene for robot, ifølge pasientens evner.
    8. For å teste kalibrert bevegelse, be pasienten om å flytte kuben i alle retninger på skjermen.
  2. Trening
    1. I hver økt, har enkelt utføre omtrent 72 repetisjoner av bevegelsen mot ulike funksjonelle mål (en T-WREX treningsøkt vanligvis varer ca 60 min).
    2. Mellom hver bevegelse, tillate en 10 sekunders intervall å forhindre tretthet. 72 gjentakelser er delt inn i 3 kvartaler fra 24 bevegelser Hver. Tillat et intervall på 5 minutter mellom hver blokk av 24 bevegelser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Ikke-invasive hjernen stimulering med tDCS har nylig generert interesse på grunn av dens potensielle neuroplastic virkninger, relativt billig utstyr, brukervennlighet og noen bivirkninger22. Studier har vist at neuromodulation av tDCS har potensial til å modulere kortikale excitability og plastisitet, dermed fremme forbedringer i motor ytelse gjennom synaptiske plastisitet ved å stimulere den primære motorisk cortex4. Anodal stimulering øker kortikale excitability ved å tilrettelegge depolarization av nerveceller i primære motorisk cortex området, mens cathodal stimulering hyperpolarizes hviler membran potensialet og reduserer neuronal avfyring, noe som reduserer interhemispheric hemming av contralesional primære motorisk cortex. Dobbel tDCS kombinerer disse to montasjer av tilrettelegge aktivitet i ipsilesional området og hemme contralesional halvkule12,23.

Tidligere studier har rapportert elektrofysiologiske effekter av tDCS varer opptil 90 min og atferdsmessige effekter varer opptil 30 min, etter en enkelt 20 min tDCS økten (Figur 4)24,32. Bevisene er fortsatt kontroversielt, disse positive funn er ikke konsekvent. Lindenberg et al. 25 funnet funksjonelle motor bedring etter bihemispheric stimulering som slo intervensjonsperioden (figur 5), og en meta-analyse publisert i 2012 foreslo at bruk av ikke-invasiv hjernen stimulering som TMS og repeterende TMS var assosiert med forbedringer i motor utvinning, både individuelt og når sammenlignet med placebo stimulering2. En eksperimentell rettssak av Fusco et al. 26 fant ingen funksjonell forbedring for cathodal tDCS i tidlige fasene av hjerneslag; imidlertid Fregni et al. 13 fant at både isolert cathodal eller anodal (men ikke falske) stimulering betydelig forbedret funksjon. Disse kontroversielle funnene er trolig på grunn av heterogenitet pasienten egenskaper (dvs., akutt og kronisk slagpasienter, mild vs alvorlig motor impairments) og stimulering egenskaper (dvs. antall tDCS økt varighet, anodal vs cathodal vs dobbelt stimulering).

Bevisene for robotic terapi i rehabilitering er mer fremtredende, demonstrere klart trinnvis reduksjoner motor verdifall27. Men det store antallet produsenter og flere typer robotsveising enheter har hver maskin unike egenskaper, kvaliteter og begrensninger. American Heart Association antyder at robot-hjalp Terapi for øvre ekstremitetene har oppnådd klasse I nivået av bevis for slagpasienter poliklinisk og klasse IIa i institusjon innstillinger1. En gjennomgang av 19 prøvelser og 666 pasienter fant at fag som fikk robot-assistert arm opplæring etter hjerneslag var mer sannsynlig å vise forbedringer i dagliglivets aktiviteter og paretic armen funksjon6. En enkelt-blind studie fant at barn med cerebral lammelse bedret seg betydelig i tiltak av fingerferdighet sammenlignet den kontroll gruppe28, mens Timmermans et al. 29 fant at kronisk slagpasienter viste betydelige forbedringer i oppgaveorienterte arm trening som ble opprettholdt i 6 måneder etter intervensjon. I tillegg en multi-senter randomisert kontrollert studie fant at kronisk slagpasienter med moderat til alvorlig øvre lem impairments viste signifikant men beskjeden forbedringer i armen funksjon, bevegelse og livskvalitet tiltak etter robot opplæring i 36-ukers studie perioden i forhold til standarden på omsorg pasienter men ikke intensiv fysioterapi pasienter (figur 6)5.

Mens studier av neurorehabilitation tDCS eller robotic terapi er utført, har noen vært gjennomført kombinere disse behandlingsformer. Hesse et al. 16 utført en foreløpig pilotstudie og fant at anodal tDCS til den berørte halvkulen kombinert med robot-assistert arm trening forårsaket ingen betydelige forbedringer i funksjon i sub akutt slagpasienter. En annen studie av Ochi et al. 19 viste at både anodal tDCS til den berørte halvkulen og cathodal stimulering til den upåvirket halvkulen kunne oppnå en begrenset, men lignende omfanget motor forbedring. Endelig Edwards et al. 18 fant at forbedringer i kortikale excitability og redusert kortikale hemming i aktive grupper på tDCS pluss robot terapi resulterte i større gevinster på funksjon.

Nyere forskning tyder på at stimulering rekkefølgen er viktig å forbedring av funksjonen. Giacobbe et al. 15 vurdert dimensjonen av timing i kombinert robot terapi med tDCS håndleddet rehabilitering i kronisk slagpasienter og fant at håndleddet bevegelsen fart og glatthet (> 15%) ble forbedret når tDCS ble levert før en 20 min sesjon Robotic trening men ikke når levert under eller etter trening (figur 7). Disse resultatene kontrast med andre studier som fant at samtidig ergoterapi og tDCS føre til betydelige motor forbedringer31. Endelig Nair et al. 31 fant at bruk av samtidige cathodal tDCS og ergoterapi resulterte i betydelig høyere endringer av motor utvinning sammenlignet med terapi med humbug stimulering (Figur 8).

Figure 1
Figur 1 : Materialer for tDCS. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2 : Vertex posisjon. Kortikale områder merkes i henhold til 10/20 systemet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3 : Motorisk cortex posisjon. Kortikale områder merkes i henhold til 10/20 systemet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4 : Elektrofysiologiske effekten av en enkelt tDCS økt. Etter en enkelt tDCS økt 20 min, kan elektrofysiologiske effekter sist opp til 90 min, og atferdsmessige effekter opptil 30 min etter stimulering. Gjengitt fra Nitsche et al. 32, med tillatelse fra Springer natur. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5 : Endringer i primære og sekundære resultater i 36-ukers studieperioden i forhold til grunnlinjen. Lo et al. 5 funnet betydelige men beskjeden forbedringer i armen funksjon, bevegelse og livskvalitet etter robotertrening. Dette tallet er gjengitt med tillatelse fra Massachusetts medisinske samfunnet5. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6 : Endringer i motor verdifall score og fMRI laterality indeks. Lindenberg et al. 25 funnet funksjonelle endringer i motor verdifall score og forbedret funksjon av berørte lemmer etter bihemispheric tDCS. Gjengitt fra Lindenberg et al. med tillatelse fra forlaget Lippincott Williams & Wilkins25. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7 : Effekten av intervensjon type på motor, er ytelsen kinematikk. Giacobbe et al. 15 fant at tDCS leveres før robot terapi økt håndleddet bevegelser og glatthet. Gjengitt fra Giacobbe et al. 15 med tillatelse fra IOS Press. Publikasjonen er tilgjengelig på IOS trykk gjennom 10.3233/var tilknyttet NRE-130927 Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 8
Figur 8 : Effekten av cathodal tDCS pluss ergoterapi31 . Samtidige tDCS og ergoterapi resulterte i betydelig (*) høyere endringer av motor forbedring. Gjengitt fraNair et al. 31 med tillatelse fra IOS Press. Publikasjonen er tilgjengelig på IOS trykk gjennom 10.3233/RNN-2011-0612 Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I denne protokollen beskriver vi en standard terapi protokoll for kombinert tDCS stimulering forbundet og robotic terapi, brukes som et supplement til konvensjonell rehabiliteringsprogrammer hos pasienter med armen impairments. Protokollen mål er å forbedre funksjon og mobilitet. Det er viktig å observere gradvis-on og gradvis-off av tDCS maskinen å unngå risiko for bivirkninger. tDCS er en sikker teknikk noen bivirkninger som er beskrevet i litteraturen2.

Protokollen kan endres i mindre måter. Tidligere rapporter i litteraturen beskriver tDCS brukes før, under eller etter motor trening (enten med roboter eller menneskelig assistanse). I vår protokollen beskrev vi en 20 min sesjon tDCS etterfulgt av robot terapi. Noen studier har funnet bedre resultater for samtidige tDCS og robotic trening.

Etter et hjerneslag, basert på interhemispheric konkurranse modell, er motor underskudd foreslått å være delvis skyldes redusert produksjon fra primære motorisk cortex (M1) av den skadede halvkulen og økt hemmende innflytelse fra contralesional M1 halvkule. Denne protokollen, vi valgte anodal stimulering av lesional M1 og beskrevet muligheten for bihemispheric stimulering. Anodal tDCS stimulering øker kortikale excitability av skadet M1, mens cathodal stimulering reduserer kortikale excitability i intakt M1; imidlertid vil to anvendelse av tDCS målrette disse begge områder samtidig. Andre protokoller også velge en bihemispheric stimulering, som noen studier har rapportert større motorikk gevinster18,25.

Tidligere studier har vurdert enkelt dose eller fewâ sessions av tDCS for neurorehabilitation, med kortsiktige ettervirkninger varer opptil 90 min etter en 20-30 min stimulering økt. Gjentatte økter kan ha større varighet og omfanget av effekter ved å fremkalle en mer betydelig manipulasjon i synaptic effekt og større omfanget av effekter, fysisk rehabilitering for bevegelsesforstyrrelser er vanligvis en lang prosess. Det er en konsensus, men at for varig motor forbedringer, tDCS bør fortrinnsvis utføres i forbindelse med trening30.

Robotic terapi forbundet med ikke-invasiv hjernen stimulering er fortsatt ikke ennå mye tilgjengelig, på grunn av de høye kostnadene ved robot terapi. De fleste roboter, men er fortsatt kostnadseffektive uoverkommelige for mange rehabiliteringstjenester, noe som gir begrenset bruk. Kostnaden for robotic teknologi kan redusere i fremtiden i motsetning til menneskelige arbeidskraft, og kostnadseffektivitet som en fordel av robot terapi er mulig7. Denne protokollen er interessant fordi fysisk rehabilitering med robot terapi har vist store løftet i å være et supplement til konvensjonell behandling, slik at både inpatients og polikliniske pasienter til å utføre mer repeterende oppgaver med høyere intensiteter og lengre perioder, som resulterer i en optimal rehabilitering program. Andre fordeler inkluderer umiddelbare og objektiv måling av kinematikken og dynamikken i bevegelsen ytelsen som er mulig etter hver treningsøkt, bidrar til å opprettholde pasientens motivasjon for aktiv deltakelse.

Kombinasjonen av tDCS og fysisk rehabilitering assistert av roboter kan øke effekten av enten intervensjon brukes alene, noe som resulterer i flere motor gevinster for pasienter. Kombinasjonen av robot-trening eksterne sensorimotor aktiviteter som gir økt sensorisk feedback til cortex med modulering av kortikale excitability på grunn av tDCS kan resultere i et mer positivt resultat, på grunn av synaptiske plastisitet. Bevis for denne kombinasjon er lovende, men fortsatt begrenset og ufullstendige, i forhold til terapiene når de brukes individuelt. Flere studier er nødvendig for å undersøke nærmere synergism og mulig ekstra effekter av kombinerte terapi, som det optimale antallet økter og tidspunktet for hver terapi og om tDCS skal brukes før, under eller etter rehabilitering aktiviteter som effekten funksjonelle resultater.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer at de har ingen konkurrerende økonomiske interesser.

Acknowledgments

Forfatterne vil gjerne takke Spaulding laboratorium for Neuromodulation og Instituto de Reabilitação Lucy Montoro for deres generøse støtte på dette prosjektet.

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