经颅直流电刺激与上肢机器人治疗的联合应用

Summary

经颅直流电刺激和机器人治疗作为常规康复治疗的附加应用, 可能会因大脑可塑性的调节而提高治疗效果。在本文中, 我们介绍了在中风后提高运动成绩所采用的联合方法。

Abstract

神经紊乱, 如中风和脑瘫是导致长期残疾的主要原因, 可能导致严重的丧失能力和限制日常活动, 由于下肢和上肢的损伤。密集的物理和职业治疗仍然被认为是主要的治疗方法, 但正在研究新的辅助治疗标准康复, 可以优化功能的结果。

经颅直流电刺激 (tDCS) 是一种无创脑刺激技术, 对立大脑区域通过通过电极在头皮上的微弱直流电流, 调节皮质兴奋性。对这种技术的兴趣增加, 可以归因于它的低成本, 易用性和对人类神经可塑性的影响。最近的研究已经进行了确定的临床潜力 tDCS 在不同的条件, 如抑郁症, 帕金森病, 和运动康复后的中风。tDCS 有助于增强大脑可塑性, 似乎是康复计划中一个有前途的技术。

一些机器人设备已开发, 以协助康复后上肢功能中风。运动缺陷的恢复往往是一个漫长的过程, 需要多学科的方法, 使病人获得最大的独立性。这些设备不打算取代人工康复疗法;相反, 他们被设计成一个额外的工具, 以恢复计划, 允许立即感知的结果和跟踪改善, 从而帮助病人保持积极性。

tDSC 和机器人辅助疗法都是有希望的附加功能的中风康复和目标的调节大脑可塑性, 与一些报告描述他们的使用, 以与常规治疗和改善治疗结果。然而, 最近, 一些小的临床试验已经发展, 描述了相关的使用 tDCS 和机器人辅助治疗中风康复。在本文中, 我们介绍了在中风后提高运动成绩所采用的联合方法。

Introduction

神经紊乱, 如中风, 脑瘫, 创伤性脑损伤是导致长期残疾的主要原因, 由于病变和随后的神经系统症状, 可能导致严重的丧失能力和限制日常活动¹。运动障碍显著降低患者的生活质量。电机的恢复是从根本上驱动的可塑性, 基础机制重新取得的运动技能失去了由于脑损伤^2,3。因此, 康复疗法是强烈的基础上的高剂量密集训练和剧烈重复运动, 以恢复强度和范围的运动。这些重复性活动是基于日常生活的运动, 病人可能会变得更少的动机由于缓慢的运动恢复和重复练习, 这可能会损害⁴神经康复的成功。密集的物理和职业治疗仍然被认为是主要的治疗方法, 但正在研究新的辅助治疗标准康复, 以优化功能结果¹。

机器人辅助疗法的问世对脑卒中康复有很大的价值, 影响神经元突触可塑性和重组的过程。他们已被调查, 以培训神经功能受损的病人和协助残疾人⁵。将机器人技术添加到 rehabilitive 干预中的一个最重要的优点是它能够提供高强度和高剂量的训练, 否则将是一个非常劳动密集型的过程⁶。使用机器人疗法, 连同虚拟现实的计算机程序, 可以立即感知和评估电机的恢复, 并可以改变重复的行动成有意义的交互式功能任务, 如清洁炉顶⁷.这可以提高患者的动机和坚持长期的康复过程, 并允许通过测量和量化运动的可能性, 跟踪他们的进展⁵。将机器人疗法纳入目前的做法可以提高康复的功效和效果, 并使新的锻炼模式得以发展⁸。

治疗性康复机器人提供特定任务的训练, 可分为末端效应器型设备和外骨骼型设备⁹。这些分类之间的差异与移动从设备转移到病人的方式有关。末端效应器的结构较简单, 仅在最远端接触患者的肢体, 使得分离一个关节的运动变得更加困难。基于外骨骼的设备有更复杂的设计与机械结构, 反映肢体的骨骼结构, 因此, 该装置的关节运动将产生相同的运动, 在病人的肢体^7,9。

WREX 是一种基于骨骼的机器人, 它能帮助整个手臂运动 (肩部、肘部、前臂、手腕和手指运动)。可调节的机械臂允许不同水平的重力支持, 使有一些残肢功能的患者在三维空间治疗中达到更大的主动运动范围^7,9。麻省理工学院-马努斯是一个终端效应器类型的机器人, 工作在一个单一的计划 (x 和 y 轴), 并允许二维重力补偿疗法, 协助肩部和肘关节运动, 通过移动病人的手在水平或垂直平面^9,10. 两个机器人都有内置位置传感器, 可以量化上肢马达控制和恢复, 以及一个计算机集成接口, 允许 1) 在虚拟学习环境中模拟有意义的功能任务的培训2) 治疗性运动游戏, 有助于运动计划的实践, 手眼协调, 注意, 视野缺损或忽略^7,9。它们还允许对上肢的重力影响进行补偿, 并能够为严重受损患者的重复和定型运动提供支持和帮助。这逐步减少了援助, 因为该主题改善, 并适用于轻微受损的病人^9,11的最低援助或抵抗运动。

神经康复的另一项新技术是经颅直流电刺激 (tDCS)。tDCS 是一种非侵入性脑刺激技术, 通过使用^12、13头皮电极应用的低振幅直流电流诱发皮质兴奋性改变。根据电流的极性, 大脑的兴奋性可以增加 anodal 刺激或减少阴极刺激²。

最近, 人们对 tDCS 的兴趣越来越浓厚, 因为它已被证明对中风、癫痫、帕金森病、阿尔茨海默病、纤维肌痛、抑郁症、情感性精神障碍等多种疾病都有有益的影响。疾病和精神分裂症²。tDCS 具有成本较低、使用方便、安全性高、副作用¹⁴等优点。tDCS 也是一种无痛的方法, 可以在临床试验中可靠地失明, 因为它有一个假模式¹³。tDCS 的功能恢复可能并不理想;然而, 它显示了更多的承诺作为一个相关的治疗康复, 因为它提高大脑可塑性¹⁵。

在本协议中, 我们演示了结合机器人辅助治疗 (与两个先进的机器人) 和非侵入性调节与 tDCS 作为一种方法, 改善康复的结果, 除了常规的物理治疗。大多数涉及机器人治疗或 tDCS 的研究都将其作为孤立的技术, 很少有结合, 这可能会提高除了单独干预的有益效果。这些较小的试验表明, 两个程序之间可能的协同作用, 改善电机恢复和功能能力^{8,15,16,17,18, 19}。因此, 新的多模态疗法可以提高运动恢复超过目前的可能性。

Protocol

本议定书遵循了本机构人类研究伦理委员会的指导方针。 1. tDCS 禁忌症和特别注意事项注: tDCS 是一种安全的技术, 通过电极发送恒定的和低的直流电流, 诱发刺激的区域神经元兴奋性的变化。 在设备安装之前, 确认病人没有任何 tDCS 的禁忌症, 例如对以前的 tDCS 治疗的不良反应, 植入的大脑医疗器械, 或者头部植入金属的存在。 使用以下纳?…

Representative Results

非侵入性脑刺激 tDCS 最近产生了兴趣, 由于其潜在的 neuroplastic 效应, 相对便宜的设备, 易用性, 很少副作用22。研究表明, tDCS 的调节具有调节皮质兴奋性和可塑性的潜力, 从而通过刺激主运动神经皮质4促进运动性能的改善。Anodal 刺激通过促进原发运动神经皮质区神经元的退极化而增加皮质兴奋性, 而阴极刺激 hyperpolarizes 静止膜电位, 减少…

Discussion

在本议定书中, 我们描述了一个标准治疗协议的联合 tDCS 刺激相关和机器人治疗, 作为补充常规康复计划的患者的手臂损伤。该协议的目标是提高运动功能和机动性。重要的是要观察 tDCS 机的斜向和加速, 以避免任何不利影响的风险。tDCS 是一种安全技术, 在文献²中描述的副作用很少。

该协议可能会以较小的方式进行修改。以前的报告在文献描述 tDCS 被应用在…

Materials

tDCS device	Soterix Medical		Soterix Medical 1×1
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