Proyección de Video en tiempo real en una resonancia magnética para la caracterización de correlatos neuronales asociados con la terapia de espejo para el dolor de miembro fantasma

Summary

Presentamos una novela combinado conductual y neuroimaging protocolo empleando proyección de video en tiempo real con el fin de caracterizar los correlatos neuronales asociados con la terapia del espejo dentro del entorno de escáner de resonancia magnética en pierna sujetos con dolor del miembro fantasma en amputados.

Abstract

Terapia del espejo (MT) se ha propuesto como una estrategia de rehabilitación efectiva para aliviar los síntomas de dolor en personas con dolor de miembro fantasma (PLP). Sin embargo, establecer los correlatos neuronales asociados con la terapia de MT han sido un desafío dado que es difícil administrar la terapia con eficacia dentro de un entorno de explorador de la proyección de imagen de resonancia magnética (MRI). Para caracterizar la organización funcional de regiones corticales asociado con esta estrategia de rehabilitación, hemos desarrollado un protocolo combinado de neuroimagen funcionales y de comportamiento que puede aplicarse en los pacientes con una amputación de la pierna. Este nuevo enfoque permite a los participantes se someten a MT en el entorno del explorador de MRI viendo las imágenes de vídeo en tiempo real captadas por una cámara. Las imágenes son vistas por el participante a través de un sistema de espejos y un monitor que el participante considera que mientras se está acostado en la cama del escáner. De esta manera, se pueden caracterizar cambios funcionales en las áreas corticales de interés (por ejemplo, corteza sensoriomotora) en respuesta a la aplicación directa de ton.

Introduction

PLP se refiere a la sensación del dolor percibida dentro de la zona correspondiente a la extremidad que falta postamputation^1,2. Esta condición es una carga significativa de salud crónica y puede tener un impacto dramático en la calidad de vida de^{3,4 un individuo}. Se ha sugerido que alteraciones en la función y estructura cerebral juegan un papel fundamental en el desarrollo y neuropathophysiology de PLP^5,6. Sin embargo, desconocemos los correlatos neurales subyacentes de cómo desarrollan los síntomas de dolor y cómo puede aliviarse en respuesta al tratamiento. Esta falta de información es sobre todo debido a problemas técnicos y limitaciones asociadas con la realización de un determinado enfoque terapéutico dentro de las limitaciones de un entorno de neuroimagen tales como MRI^5,7,8 .

Los resultados de algunos estudios atribuyen el desarrollo de PLP a reorganización neuroplastic desadaptativas que ocurren dentro de las cortezas sensoriomotoras, así como en otras áreas del cerebro. Por ejemplo, se ha demostrado que después de la amputación de una extremidad, hay un cambio en la representación cortical sensitivomotora correspondiente de las áreas vecinas. Como resultado, áreas vecinas al parecer comienzan invadiendo las zonas que corresponden a la extremidad amputada^9,10. Para aliviar los síntomas de dolor asociados con PLP, tratamientos como la MT o imágenes motor pueden ser eficaz^9,11,12. Se sugiere que el alivio de los síntomas se produce supuestamente por el establecimiento de entradas aferentes, proporcionados por la observación de imágenes reflejadas por el espejo de la extremidad nonaffected^{12,13, intermodales 14,15,16,17}. A través de estas imágenes, los participantes son capaces de visualizar la reflexión de la extremidad opuesta en lugar del que ha sido amputado, creando así una ilusión que ambas extremidades. La ilusión y los efectos de inmersión fueron estudiados previamente por Diers et en sujetos sanos, en la que una comparación de la activación funcional a través de MRI funcional (fMRI) se evaluó después de someterse a una tarea con una caja común de espejo o realidad virtual ¹⁸. sin embargo, los correlatos neuronales asociados con la reversión de los cambios neuroplastic desadaptativas y el alivio de los síntomas siguen siendo mal entendidos. Además, el mecanismo subyacente de PLP sigue siendo un tema de investigación como la clara alteración fisiopatológicas subyacente detrás del desarrollo de PLP es dilucidada aún incompleto mientras que hallazgos controvertidos han revelado^{5, 19}. Como se indicó anteriormente, varios autores atribuyen el desarrollo del dolor del deafferentation y reorganización cortical del cerebro afectadas (área de la extremidad amputada)^6,7,8; sin embargo, frente a resultados fueron descritos por Makin y colaboradores en el que la presencia de dolor se asocia con la preservación de la estructura cerebral y dolor se atribuye a una reducción interregional conectividad funcional¹⁹. En vista de estas polémicas y frente a los resultados, creemos que el nuevo enfoque presentado aquí traerá información adicional pertinente al estudio de PLP y permitirá a los científicos evaluar los efectos de la MT en directo con el grado de cerebro activación mientras que compara con los niveles de dolor en nuestro protocolo completo¹⁹.

Literatura sobre este tema ha demostrado que la MT es una de las terapias de comportamiento más apropiadas para el tratamiento de PLP debido a su fácil implementación y bajo costo¹². De hecho, estudios previos de esta técnica han demostrado evidencia de una inversión de inadaptación cambios dentro de la corteza sensoriomotora primaria en personas con amputaciones con PLP^8,20,21. A pesar de que MT es tal vez uno lo más barato y más eficaz para tratar la PLP^12,22,23,24, se necesitan más estudios para confirmar estos efectos ya que algunos pacientes no responder a este tipo de tratamiento⁸ y hay una falta de ensayos clínicos aleatorios más grandes que proporcionan resultados basado en la evidencia de alta²⁵.

Una de las hipótesis que MT puede reducir PLP se relaciona con el hecho de que la imagen especular de la parte del cuerpo amputado no ayuda a reorganizar e integrar el desajuste entre propiocepción y retroalimentación visual²⁶. Los mecanismos subyacentes de MT pueden estar asociados con la reversión de la cartografía desadaptativas de somatosensoriales^8,27,28.

Para MT, sujetos están obligados a realizar varias tareas motoras y sensoriales, usando su miembro intacto (p. ej., flexión y extensión) mientras observa este efecto en un espejo situado en la línea media del cuerpo del participante, creando una vívida y precisa representación del movimiento en la zona de la extremidad amputada²⁹.

Para desarrollar el conocimiento científico de los aspectos de la fisiopatología involucrada en PLP, es crucial caracterizar mejor los cambios neuroplastic subyacentes que resultan de amputaciones de miembros, así como la mejora de los síntomas de dolor proporcionado por MT En este sentido, técnicas de neuroimagen, tales como fMRI, han surgido como poderosas herramientas para ayudar a dilucidar los mecanismos patofisiológicos asociados con reorganización cortical y proporcionan pistas hacia la optimización de la rehabilitación de individuos con PLP en el contexto clínico^30,31. Además, la alta resolución espacial que brinda fMRI (en comparación con el electroencefalograma (EEG), por ejemplo) permite la asignación más precisa de las respuestas cerebrales, tales como representaciones de dedo y dígitos, en la corteza sensoriomotora junto con otras regiones del el cerebro de³².

Hasta la fecha, la neurofisiología asociada con TA sigue siendo elusiva debido en gran parte a los desafíos de llevar a cabo el procedimiento en el entorno del explorador (es decir, es difícil para un individuo realizar la terapia mientras se está acostado en el escáner). Aquí, describimos un método que permite a un individuo a observar su propio movimiento de las piernas en tiempo real mientras mentira supina dentro de los estrechos confines del escáner del alesaje. Una recreación exacta de la sensación viva y envolvente provocada por la terapia puede crearse utilizando una cámara de vídeo que captura imágenes en tiempo real el movimiento de la pierna, y un sistema de espejos y un monitor que puede ser visto directamente por el participante del estudio.

Estudios anteriores han intentado incorporar técnicas como la grabación de vídeo, realidad virtual y animaciones pregrabadas como medio para presentar el estímulo visual y sortear estos desafíos técnicos^{9,16,33 ,34}. Sin embargo, estas técnicas han sido limitadas en su eficacia^{35,36,37,38,39}. En el caso particular de la utilización de un video pregrabado, hay una a menudo mala sincronización entre los movimientos de los participantes y los proporcionados por el video, así como la falta de precisión de sincronización, que conduce a una pobre impresión realista que la persona pierna se está moviendo. Para mejorar esta sensación de inmersión sensoriomotora, otras técnicas, como la realidad virtual y animaciones digitalizadas, se han intentado. Sin embargo, han podido generar sensaciones visuales convincentes debido a una resolución de imagen baja, un limitado campo de visión, movimientos humano como irreales o no naturales y presencia de lag de movimiento (es decir, desfase de movimiento). Además, la falta de un modelado preciso combinado con el pobre control sobre otras características, tales como los efectos de la fricción, el impulso y la gravedad, obstaculiza la percepción de una sensación inmersiva y vivo de⁴⁰. Por lo tanto, para amputados, merece la pena explorar estrategias para asegurarse de que temas se dedican a la tarea cognitiva (observación) y amputada inmersiva en la ilusión de movimiento del miembro. Por último, los recursos necesarios para desarrollar e implementar estas estrategias complejas pueden ser desperdiciadores de tiempo o costo prohibitivos.

Describimos un nuevo enfoque que creemos crea un sentido realista y vívido de inmersión por el que el participante puede ver un video en tiempo real y vivo de una imagen proyectada de su miembro mientras realizan una sesión de la MT³¹. Este enfoque se realiza mientras la persona está mintiendo en el agujero del escáner y sin costes substanciales o desarrollo técnico.

Este protocolo es parte de una beca de proyecto de investigación de institutos nacionales de salud (NIH) (to1)-patrocinado por ensayo clínico que evalúa los efectos de la combinación de una técnica neuromoduladoras, es decir estimulación de corriente directa de transcranial (tDCS), con un terapia conductual (terapia de espejo) con el fin de aliviar el dolor del miembro fantasma³¹. Evaluar cambios en la escala analógica visual (VAS) para el dolor al inicio, anterior y después de cada sesión de intervención. fMRI se utiliza como una herramienta neurofisiológica para evaluar los cambios estructurales en la función cerebral y su correlación con la relevación de PLP. Por lo tanto, se obtiene un fMRI inicial para tener un mapa base de la organización estructural del cerebro de los participantes, que bien que existe reorganización cortical desadaptativas^{5,6,8 , 11 , 13 , 14 , 18 , 28} o que no es¹⁹; de la misma manera, el científico puede observar qué áreas se activan al inicio de la tarea de MT para entender la respuesta de activación de las áreas a la MT; por último, es posible obtener una segunda postintervention de fMRI para ver si se han generado cambios (modulación) en la reorganización cortical después de la terapia combinada con pinza y MT y analizar si esos cambios son correlacionados o asociados al título de cambio de dolor. Por lo tanto, este protocolo permite a los científicos evaluar cambios de reorganización estructural en los pacientes con PLPs MT y también les ayuda a comprender si estos cambios en fMRI están asociados con cambios en el PLP, por lo tanto proporcionar detalles adicionales sobre Cómo MT afecta la actividad cerebral estructural y funcional para modificar el dolor fantasma.

Protocol

1. preparación de la asignatura Antes de la participación, que el participante complete un formulario de consentimiento y una seguridad de MRI proyección evaluación, este último realizado por el técnico de neuroimagen en las instalaciones de exploración, para garantizar que el participante no tiene contraindicaciones conocidas a se analizan (por ejemplo, metal en su cuerpo, una historia de claustrofobia, o embarazo). Proporcionar al participante con las instrucciones detalladas en relación con…

Representative Results

Generando la sensación asociada con TA con proyección de video en tiempo real es posible. Los participantes han reportado subjetivamente que la imagen percibida es realista y la sensación inmersiva. Además, los patrones de activación cortical asociada a MT (es decir, el movimiento de la pierna y viendo la imagen proyectada de espejo) en el entorno escáner son robustos. En un estudio piloto, se registraron las respuestas co…

Discussion

Este protocolo describe un procedimiento factible que permite a los investigadores caracterizar con precisión los correlatos neuronales asociados con TA en individuos con PLP, novela.

Como previamente mencionado, más allá de los estudios han intentado investigar los correlatos neuronales asociados con el tratamiento de la MT mediante la incorporación de diversas técnicas tales como grabación de vídeo, realidad virtual y animaciones pregrabadas^9,<sup cl…

Materials

Scanner	Phillips	NA	3 Tesla Philips Acheiva MRI scanner
Camera	Logitech	NA	HD Pro Webcam C910
Monitor	Cambridge Research Systems	NA	3D BOLD screen for MRI
Mirror	TAP Plastics	99999	Mirrored Acrylic Sheets (Cut­to­Size) ­ Clear 1/8 (.118)" Thick, 10" Wide, 40" Long
Mirror stand		NA	Mirror stand was built by the co-investigators from a rectangular piece of wood
Headphones	Westone Sensimetrics	PN 79245	Replacement comply foam tips for universal-fit earphones. Canal size: Standard 6 pieces/ 3 pair
			MR compatible in ear headphones
MRI Scanner	Phillips	3.0 T Philips Achieva System