Den kombinerade användningen av Transcranial Direct nuvarande stimulering och robotliknande terapi för övre extremiteten

Summary

Kombinerade användning av transkraniell likström stimulering och robotliknande terapi som tillägg för konventionella rehabilitering terapi kan resultera i förbättrade terapeutiska resultat på grund av modulering av hjärnans plasticitet. I den här artikeln beskriver vi de kombinera metoder som används i våra Institutet för att förbättra motorns prestanda efter stroke.

Abstract

Neurologiska sjukdomar såsom stroke och cerebral pares är ledande orsakerna till långvariga funktionshinder och kan leda till svår funktionsnedsättning och begränsning av dagliga aktiviteter på grund av nedre och övre extremiteter nedskrivningar. Intensiv fysisk och arbetsterapi betraktas fortfarande som huvudsakliga behandlingar, men nya adjungerade terapier standard rehabilitering som kan optimera funktionella resultat studeras.

Transkraniell likström stimulering (TDC) är en icke-invasiv hjärnan stimulering teknik som polariserar underliggande hjärnregioner genom tillämpning av svag rikta strömmar genom elektroderna på hårbotten, modulera kortikala upphetsning. Ökat intresse för denna teknik kan hänföras till dess låg kostnad, användarvänlighet, och effekter på människors neural plasticitet. Nyare forskning har utförts för att bestämma den kliniska potentialen hos TDC i olika tillstånd såsom depression, Parkinsons sjukdom och motor rehabilitering efter stroke. TDC hjälper till att öka hjärnans plasticitet och verkar vara en lovande teknik i rehabiliteringsprogram.

Ett antal robotic enheter har utformats för att hjälpa i rehabilitering av övre extremiteterna funktion efter stroke. Rehabilitering av motor underskott är ofta en lång process som kräver tvärvetenskapliga strategier för en patient att uppnå maximal självständighet. Dessa enheter inte har för avsikt att ersätta manuell rehabilitering terapi; istället, de var utformade som ett kompletterande verktyg till rehabiliteringsprogram, att tillåta omedelbar uppfattning av resultat och spåra förbättringar, vilket hjälper patienter bo motiverad.

Både tDSC och robot-assisterad terapi är lovande tillägg till stroke rehabilitering och rikta moduleringen av hjärnans plasticitet, med flera rapporter som beskriver deras användning associeras med konventionell behandling och förbättring av terapeutiska resultat. Dock mer nyligen, har några små kliniska studier utvecklats som beskriver associerade användning av TDC och robot-assisterad terapi i stroke rehabilitering. I den här artikeln beskriver vi de kombinera metoder som används i våra Institutet för att förbättra motorns prestanda efter stroke.

Introduction

Neurologiska sjukdomar såsom stroke, cerebral pares och traumatisk hjärnskada är ledande orsakerna till långvariga funktionshinder, på grund av lesioner och efterföljande neurologiska symtom som kan leda till allvarlig oförmåga och begränsning av dagliga aktiviteter¹. Rörelsestörningar avsevärt minska patientens livskvalitet. Motorisk återhämtning är fundamentalt driven av neuroplasticity, grundläggande mekanismen bakom återlåsning av motorik som förloras på grund av hjärnan lesioner^2,3. Rehabilitering terapier är således starkt baserat på högdos intensivutbildning och intensiv upprepning av rörelser att återställa styrka och rörelseomfång. Dessa repetitiva aktiviteter baseras på dagliga liv rörelser, och patienter kan bli mindre motiverade på grund av långsam motorisk återhämtning och repetitiva övningar, som kan försämra framgången för neurorehabilitering⁴. Intensiv fysisk och arbetsterapi betraktas fortfarande som huvudsakliga behandlingar, men nyare adjungerade terapier standard rehabilitering studeras för att optimera funktionella resultat¹.

Tillkomsten av robot-assisterad terapi har visat sig ha stort värde i stroke rehabilitering, påverka processer av neuronala synaptisk plasticitet och omorganisation. De har undersökts för utbildning av patienter med skadade neurologiska funktioner och personer med funktionsnedsättning⁵. En av de viktigaste fördelarna med att lägga till robotteknik till rehabilitive insatser är dess förmåga att leverera hög intensitet och hög-dosering utbildning, som annars skulle vara en mycket arbetsintensiva processen⁶. Användning av robotic terapier, tillsammans med virtuell verklighet datorprogram, möjliggör en omedelbar uppfattning och utvärdering av motorisk återhämtning och kan ändra repetitiva till meningsfull, interaktiva funktionella uppgifter såsom städning spishäll⁷ . Detta gör, genom möjligheten att mäta och kvantifiera rörelser, spårning av deras framsteg⁵och kan höja patienternas motivation och följsamhet till den långa rehabiliteringen. Integrering av robotic terapi i nuvarande praxis kan öka effekten och effektiviteten av rehabilitering och möjliggöra utveckling av nya former av motion⁸.

Terapeutisk rehabilitering robotar ger uppgiftsspecifik utbildning och kan delas in i slutet-effektor-typ enheter och exoskelett-typ enheter⁹. Skillnaden mellan dessa klassificeringar är relaterad till hur rörelse överförs från enheten till patienten. Slutet-effektor enheter har enklare strukturer, att kontakta patientens lem bara på sin mest distala del, vilket gör det svårare att isolera rörligheten för en gemensam. Exoskelett-baserade enheter har mer komplexa mönster med en mekanisk struktur som speglar benstommen i lem, så en rörelse av enhetens gemensamma producerar samma rörelse på patientens lem^7,9.

Den T-WREX är ett exoskelett-baserad robot som hjälper hela armrörelser (skuldra, armbåge, underarm, handled och fingerrörelser). Den justerbara mekanisk arm tillåter varierande nivåer av gravitation stöd, gör det möjligt för patienter som har vissa kvarstående övre extremiteterna funktion för att uppnå ett större aktivt rörelseomfång i en tredimensionella rumsliga terapi^7,9. Den MIT-MANUS är en slut-effektor-typ robot som fungerar i en enda plan (x- och y-axeln) och tillåter en tvådimensionell vikt kompenseras terapi, medhjälpande axel och armbåge rörelser genom att flytta patientens hand i horisontella eller vertikala plan^{9 , 10}. båda robotarna har inbyggda ståndpunkt sensorer som kan kvantifiera övre extremiteten motorstyrning och återhämtning och ett gränssnitt för dator integration som tillåter 1) utbildning av meningsfulla funktionella uppgifter simulerat i en virtuell inlärningsmiljö och 2) terapeutisk övning spel, som hjälpa öva av motor planering, öga-hand samordning, uppmärksamhet och synfältet defekter eller försummar^7,9. De också tillåter för kompensation av gravitationen påverkan på övre extremiteten och klarar av att erbjuda stöd och hjälp till repetitiva och stereotypa rörelser i patienter med kraftigt nedsatt. Detta minskar successivt bistånd som ämnet förbättrar och tillämpas minimalt stöd eller motstånd på rörlighet för patienter med milt nedsatt^9,11.

En annan ny teknik för neurorehabilitering är transkraniell likström stimulering (TDC). TDC är en icke-invasiv hjärnan stimulering teknik som inducerar kortikala upphetsning ändringar med hjälp av låg amplitud rikta strömmar tillämpas via hårbotten elektroder^12,13. Beroende på polariteten av strömflödet, kan hjärnan retbarhet ökas genom anodal stimulering eller minskade med katodal stimulering².

Nyligen har det varit ökat intresse för TDC, som det har visat sig ha positiva effekter på en rad olika sjukdomar som stroke, epilepsi, Parkinsons sjukdom, Alzheimers sjukdom, fibromyalgi, psykiska störningar som depression, affektiva sjukdomar och schizofreni². TDC har vissa fördelar, såsom dess relativt låg kostnad, användarvänlighet, säkerhet, och sällsynta biverkningar¹⁴. TDC är också en smärtfri metod och tillförlitligt kan förblindas i kliniska prövningar har en sham läge¹³. TDC är sannolikt inte optimalt för funktionell återhämtning på egen hand. men visar det ökad löfte som en associerad terapi i rehabilitering, eftersom det förbättrar hjärnans plasticitet¹⁵.

I detta protokoll visar vi kombinerade robot-assisterad terapi (med två state-of-the-art robotar) och icke-invasiv neuromodulation med TDC som en metod för att förbättra resultaten av rehabilitering, utöver konventionell sjukgymnastik. De flesta studier som inbegriper robotic terapier eller TDC har använt dem som isolerade tekniker, och några har kombinerat båda, vilket kan förstärka de positiva effekterna bortom varje ingripande som ensam. Dessa mindre studier visat en möjligt synergistisk effekt mellan de två förfarandena, med förbättrad motorisk återhämtning och funktionella förmåga^{8,15,16,17,18, 19}. Därför kan nya multimodala terapier öka rörelse bortom de nuvarande möjligheterna.

Protocol

Detta protokoll följer riktlinjerna i vår institutions mänskliga forskningsetisk kommitté. 1. TDC Kontraindikationer och särskilda övervägandenObs: TDC är en säker teknik som skickar konstant och låg Rikta strömmen genom elektroderna, framkalla förändringar i neuronal excitabilitet i området stimuleras. Innan Enhetsinställningar, bekräfta att patienten inte har några kontraindikationer till TDC, till exempel biverkningar av tidigare TDC b…

Representative Results

Icke-invasiv hjärnstimulering med TDC har nyligen väckt intresse på grund av dess neuroplastic effekter, jämförelsevis billig utrustning, användarvänlighet och några biverkningar22. Studier har visat att neuromodulation av TDC har potential att modulera kortikala retbarhet och plasticitet, därigenom främja förbättringar i motor prestanda genom synaptisk plasticitet genom att stimulera den primära motoriska cortex4. Anodal stimul…

Discussion

I detta protokoll beskriver vi en standardbehandling protokoll för kombinerade TDC stimulering är associerad och robotliknande terapi, används som ett komplement till konventionell rehabiliteringsprogram för patienter med arm funktionsnedsättningar. Protokollets mål är att förbättra motorik och rörlighet. Det är viktigt att observera den ramp på och rampning av TDC maskinen för att undvika varje risk för biverkningar. TDC är en säker teknik med få biverkningar som beskrivs i litteratur^2…

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