Projection vidéo en temps réel dans une IRM pour la caractérisation des corrélats neurones associés au traitement miroir pour douleur du membre fantôme

Summary

Nous présentons un roman combiné comportementale et neuro-imagerie protocole employant projection vidéo en temps réel dans le but de caractériser les corrélats neurones associés au traitement miroir dans l’environnement de scanner d’imagerie par résonance magnétique dans la jambe sujets amputés avec douleur du membre fantôme.

Abstract

Miroir thérapie (MT) a été proposée comme une stratégie de réadaptation efficace pour soulager les symptômes de la douleur chez les amputés avec douleur du membre fantôme (PLP). Toutefois, établir les corrélats neurones associés au traitement de MT ont été difficile étant donné qu’il est difficile d’administrer la thérapie efficacement dans un environnement de scanner d’imagerie de résonance magnétique (IRM). Afin de caractériser l’organisation fonctionnelle des régions corticales associées à cette stratégie de réadaptation, nous avons développé un protocole combiné neuroimagerie fonctionnelle et comportementaux qui peut être appliqué dans les participants avec une amputation de la jambe. Cette approche originale permet aux participants de subir MT dans l’environnement de scanner MRI en affichant des images vidéo en temps réel, captées par une caméra. Les images sont visualisées par le participant grâce à un système de miroirs et un moniteur que le participant vues en position couchée sur le lit de scanner. De cette manière, des changements fonctionnels dans les aires corticales d’intérêt (p. ex., le cortex sensorimoteur) peuvent être caractérisées en réponse à la demande directe de Mt.

Introduction

PLP se réfère à la sensation de douleur perçue au sein de la zone correspondant au membre manquant postamputation^1,2. Cette condition est un lourd fardeau de santé chronique et peut avoir un impact dramatique sur qualité de vie,^{3,4 d’une personne}. Il a été suggéré que les altérations de la structure du cerveau et de la fonction jouent un rôle fondamental dans le développement et la neuropathophysiologie de PLP^5,6. Toutefois, les corrélats neurones sous-jacent de comment développent des symptômes de la douleur et comment elles peuvent être soulagées en réponse au traitement demeurent inconnus. Ce manque d’information est principalement en raison de difficultés techniques et limites associées à effectuer une approche thérapeutique respectant les contraintes d’un environnement de neuro-imagerie par exemple MRI^5,7,8 .

Les résultats de plusieurs études attribuent le développement de PLP à démontré inadaptés réorganisation survenant au sein du cortex sensorimoteur, ainsi que dans d’autres régions du cerveau. Par exemple, il a été démontré qu’après l’amputation d’un membre, il y a un changement dans la représentation corticale sensorimotrice correspondante des voisins des zones. Ainsi, les zones voisines apparemment commencent à envahir les zones qui correspondent au membre amputé^9,10. Afin d’atténuer les symptômes de douleur associées PLP, traitements tels que MT ou imagerie motrice peuvent être efficace^9,11,12. Il est suggéré que l’atténuation des symptômes se produit présumément par le cross-modal restitutio in integrum des apports afférents, fournis par l’observation d’images miroir-réfléchi de la branche les^{12,13, 14,15,16,17}. À travers ces images, les participants sont en mesure de visualiser le reflet du membre opposé au lieu de celle qui a été amputée, créant ainsi une illusion qui restent les deux branches. L’illusion et immersives effets ont été étudiés auparavant par Diers Al chez des sujets sains dans lequel une comparaison de la fonctionnelle d’activation par le biais de l’IRM fonctionnelle (IRMf) a été évaluée après avoir subi une tâche avec une boîte miroir commune ou la réalité virtuelle ¹⁸. Toutefois, les corrélats neurones associés à l’inversion des changements neuroplastiques inadaptés et le soulagement des symptômes restent mal compris. En outre, le mécanisme sous-jacent de PLP reste un sujet de recherche comme l’altération physiopathologiques sous-jacents claire derrière le développement de PLP est encore incomplètement élucidée alors que les résultats controversés ont été révélées^{5, 19}. Comme indiqué plus haut, plusieurs auteurs attribuent le développement de la douleur de désafférentation et réorganisation corticale du cerveau touchées (zone du membre amputé)^6,7,8; Cependant, en face de résultats ont été décrits par Makin et collaborateurs dans lequel la présence de la douleur est associée à la préservation de la structure du cerveau et la douleur est attribuée à une réduction interrégional connectivité fonctionnelle¹⁹. Compte tenu de ces controverses et en face de conclusions, nous croyons que la nouvelle approche présentée ici apportera des renseignements pertinents supplémentaires à l’étude du PLP et permettra aux chercheurs d’évaluer les effets de la MT dans un environnement opérationnel avec le degré de cerveau activation en comparaison avec les niveaux de la douleur évaluée dans notre protocole complet¹⁹.

Documentation précédente sur ce sujet a montré que la MT est l’une des thérapies comportementales plus appropriés pour le traitement du PLP en raison de sa mise en œuvre facile et bas frais¹². En fait, des études antérieures de cette technique ont montré preuves d’un renversement des modifications inadaptées dans le cortex sensorimoteur primaire dans amputés avec PLP^8,20,21. Même si la MT est peut-être l’un l’approche plus économique et plus efficace pour traiter les PLP^12,22,23,24, davantage d’études est nécessaires pour confirmer ces effets étant donné que certains patients ne sont pas répondre à ce type de traitement⁸ et il y a un manque de grands essais cliniques randomisés qui fournissent des résultats haute-evidence-based²⁵.

Une des hypothèses qui MT peut réduire les PLP est liée au fait que l’image inversée de la partie du corps non-amputé aide à réorganiser et à intégrer l’inadéquation entre la proprioception et la rétroaction visuelle à²⁶. Les mécanismes sous-jacents de MT pourraient être associées à la réversion de la cartographie inadaptée des somatosensoriel^8,27,28.

Pour MT, sujets sont tenus d’accomplir plusieurs tâches motrices et sensorielles, à l’aide de leur branche intacte (p. ex., flexion et extension) tout en observant à cet effet dans un miroir situé dans la ligne médiane du corps du participant, créant ainsi un vif et précis représentation du mouvement dans la zone du membre amputé²⁹.

Pour continuer à développer les connaissances scientifiques sur les aspects de la physiopathologie impliqués dans PLP, il est crucial de mieux caractériser les changements neuroplastiques sous-jacente résultant des amputations de membres, ainsi que l’amélioration des symptômes de douleur fournies par Mt À cet égard, les techniques de neuroimagerie, telles que l’IRMf, sont apparus comme des outils puissants pour aider à élucider les mécanismes physiopathologiques associés à la réorganisation corticale et fournissent des indices vers l’optimisation de la réadaptation des personnes atteintes de PLP dans le contexte clinique^30,31. En outre, la haute résolution spatiale offerte par IRMf (par rapport à l’électroencéphalographie, par exemple) permet une cartographie plus précise des réponses du cerveau, tels que les représentations de doigt et chiffres, dans le cortex sensorimoteur ainsi que d’autres régions du le cerveau³².

À ce jour, la neurophysiologie associée MT reste insaisissable, due en grande partie aux défis de mener à bien la procédure au sein de l’environnement de scanner (c.-à-d., il est difficile pour une personne effectuer la thérapie en position couchée dans le scanner). Nous décrivons ici une méthode qui permet à un individu d’observer leur propre mouvement de jambe en temps réel tout en couché en décubitus dorsal dans les limites étroites du scanner alésage. Une récréation précise de la sensation vive et immersive induite par la thérapie peut être recréée en utilisant une caméra vidéo qui capture des images en temps réel le mouvement, et un système de miroirs et un moniteur qui peut être consulté directement par le participant à l’étude.

Des études antérieures ont tenté d’intégrer des techniques telles que l’enregistrement vidéo, réalité virtuelle et animations préenregistrées comme moyen de présenter le stimulus visuel et contourner ces défis techniques^9,,^{16,33 ,},³⁴. Pourtant, ces techniques ont été limités dans leur efficacité^35,36,37,38,,³⁹. Dans le cas particulier de l’utilisation d’une vidéo préenregistrée, il y a une souvent mauvaise synchronisation entre les mouvements des participants et ceux fournis par la vidéo, mais aussi un manque de précision de synchronisation, ce qui conduit à une mauvaise impression réaliste que de l’individu la jambe est en mouvement. Afin d’améliorer ce sentiment d’immersion sensorimotrice, autres techniques, telles que la réalité virtuelle et animations numériques, ont été tentées. Pourtant, il n’a pas générer visuellement convaincantes sensations due à une résolution d’image faible, un champ de vision limité, irréalistes ou d humain-comme des requêtes et présence de lag de mouvement (i.e., désynchronisation du mouvement). En outre, l’absence d’une modélisation précise combinée avec le mauvais contrôle sur d’autres fonctionnalités, telles que les effets de la friction, quantité de mouvement et de la gravité, fait obstacle à la perception d’une sensation vive et immersive⁴⁰. Par conséquent, pour les amputés, il est intéressant de découvrir des stratégies pour s’assurer que les sujets sont engagés dans la tâche cognitive (observation) et immersive sur l’illusion des amputés d’un membre mouvement. Enfin, les ressources nécessaires pour développer et mettre en œuvre ces stratégies complexes peuvent prendre beaucoup de temps et/ou des coûts prohibitifs.

Les auteurs décrivent une nouvelle approche qui, croyons-nous, crée un sentiment réaliste et vif d’immersion par lequel le participant peut voir une vidéo en direct et en temps réel d’une image projetée de leur propre branche pendant qu’ils jouent une session du MT³¹. Cette approche est réalisée tandis que l’individu est couché dans l’alésage de scanner et sans coûts importants ou le vaste développement technique.

Ce protocole fait partie d’une subvention de projet de recherche National Institutes of Health (NIH) (RO1)-parrainé un essai clinique qui évalue les effets de la combinaison d’une technique neuromodulatrices, à savoir la stimulation transcrânienne courant continu (CDV), avec un thérapie comportementale (thérapie miroir) afin de soulager la douleur du membre fantôme,³¹. Nous évaluons les changements à l’échelle visuelle analogique (Eva) pour la douleur au début, avant et après chaque session d’intervention. l’IRMf est utilisé comme un outil neurophysiologiques afin d’évaluer les changements structurels dans le fonctionnement du cerveau et sa corrélation avec le relief du PLP. Par conséquent, l’IRMf initial est obtenu afin d’avoir une carte de base de la structure de l’organisation du cerveau du participant, qui montrera soit qu’il y a réorganisation inadaptés corticaux^{5,6,8 , 11 , 13 , 14 , 18 , 28} ou qu’il n’y a pas de¹⁹; de la même manière, le chercheur peut observer quelles zones sont activées au départ avec la tâche de marqueur afin de comprendre la réponse d’activation des domaines à la MT ; Enfin, il est possible d’obtenir une deuxième intervention IRMf pour voir si les changements (modulation) ont été générés lors de la réorganisation corticale après la thérapie combinée avec CDV et MT et analyser si ces changements sont corrélés ou associés avec le degré des changements de la douleur. Par conséquent, ce protocole permet aux chercheurs d’évaluer les changements de réorganisation structurelle dans les patients avec PAP au cours de la MT et aide également à comprendre si ces changements observés en IRMf sont associés aux changements PLP, donc fournissant des détails supplémentaires sur Comment MT affecte l’activité cérébrale structurelle et fonctionnelle pour modifier la douleur fantôme.

Protocol

1. préparation du sujet Avant sa participation, ont le participant de remplir un formulaire de consentement et une sécurité de MRI évaluation de dépistage, ce dernier effectué par le technicien de la neuroimagerie à la possibilité de faire en sorte que le participant n’a aucune contre-indication connue à balayage, en cours d’analyse (p. ex. métal dans leur corps, une histoire de claustrophobie ou grossesse). Fournir au participant avec des instructions détaillées en ce qui concerne la …

Representative Results

Il est possible de générer la sensation associée MT à l’aide d’une projection vidéo en temps réel. Les participants ont signalé subjectivement que l’image perçue est réaliste et la sensation est immersive. En outre, les modèles d’activation corticale associée MT (c’est-à-dire, le mouvement de la jambe et la visualisation de l’image projetée de miroir) dans l’environnement de scanner sont robustes. Dans u…

Discussion

Ce protocole décrit un roman, la procédure réalisable qui permet aux enquêteurs de caractériser avec précision les corrélats neurones associés à MT chez les individus atteints de PLP.

Comme précédemment mentionné, les études passées ont tenté d’enquêter sur les corrélats neurones associés au traitement de la MT en intégrant différentes techniques telles que l’enregistrement vidéo, réalité virtuelle et animations préenregistré^9,<su…

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