Sanntid videoprojeksjon i MRI for kategorisering av nevrale korrelerer knyttet speil terapi for Phantom lem smerte

Summary

Vi presenterer en roman kombinert atferdsmessige og neuroimaging protokollen ansette sanntid videoprojeksjon for å karakterisere nevrale korrelerer forbundet med speil terapi i magnetisk resonans imaging skanner miljøet i beinet Amputee fag med phantom lem smerte.

Abstract

Mirror terapi (MT) har blitt foreslått som en effektiv rehabiliterende strategi å lindre smerte symptomer i amputerte med phantom lem smerter (PLP). Imidlertid å etablere nevrale korrelerer med MT terapi har vært utfordrende gitt at det er vanskelig å administrere behandling effektivt innenfor et magnetisk resonans imaging (MRI) skanner miljø. Betegner funksjonelle organiseringen av kortikale områder tilknyttet denne rehabiliterende strategien, har vi utviklet en kombinert opptreden og funksjonelle neuroimaging protokoll som kan brukes i deltakere med en Ben amputasjon. Denne romanen tilnærming kan deltakerne å gjennomgå MT i Mr skanner miljøet ved å vise sanntid video bilder fanget av et kamera. Bildene kan vises av deltakeren gjennom et system av speil og en skjerm som deltakeren utsikt mens du ligger på skanneren. På denne måten kan funksjonelle endringer i kortikale områder av interesse (f.eks sensorimotor cortex) karakteriseres som svar på direkte bruk av MT.

Introduction

PLP refererer til følelsen av smerter oppleves i området som mangler lem postamputation^1,2. Denne tilstanden er en betydelig kroniske helsevesenet byrden og kan ha en dramatisk innvirkning på en persons livskvalitet^3,4. Det har blitt foreslått at endringer i hjernens struktur og spiller en grunnleggende rolle i utviklingen og neuropathophysiology av PLP^5,6. Imidlertid forblir underliggende nevrale korrelerer hvordan utvikle smerter symptomene og hvordan de kan lindres i respons på behandling ukjent. Denne mangelen på informasjon er hovedsakelig på grunn av tekniske utfordringer og begrensninger forbundet med å utføre en gitt terapeutisk tilnærming innenfor betingelsene for en neuroimaging miljø som Mr^5,7,8 .

Resultater fra en rekke studier attributt utviklingen av PLP til mistilpasset neuroplastic omorganisering forekommende i sensorimotor halvdelene, samt i andre områder av hjernen. For eksempel har det vært vist at etter amputasjon av en lem, det er en endring i tilsvarende sensorimotor kortikale representasjon for nærliggende områder. Resultatet starte naboområdene tilsynelatende invadere soner som tilsvarer amputert lem^9,10. For å lindre smerte symptomer assosiert med PLP, kan behandlinger som MT eller motor bilder være effektive^9,11,12. Det anbefales at lindring av symptomer oppstår åpenbart gjennom kryss-modalt gjeninnføring av afferente innganger, levert av observasjon av speil reflektert bilder fra nonaffected lem^{12,13, 14,15,16,17}. Gjennom disse bildene kan deltakerne visualisere refleksjon av motsatt lem i stedet for den som har blitt amputert, dermed skaper en illusjon at begge bena fortsatt. Den illusjon og fengslende effekter ble tidligere studert av Diers et al. i sunn fag som en sammenligning av funksjonelle aktivisering gjennom funksjonell MRI (fMRI) ble evaluert etter under en aktivitet med en vanlig speilhuset eller virtuell ¹⁸. nevrale korrelerer knyttet reversering av mistilpasset neuroplastic endringene og lindring av symptomer beholdes imidlertid dårlig forstått. I tillegg den underliggende mekanismen av PLP er fortsatt et tema av forskning som klart underliggende physiopathologic endring av PLP er fortsatt ufullstendig belyst mens kontroversielle funnene har vært avdekket^{5, 19}. Som nevnt ovenfor, attributt flere forfattere utviklingen av smerte til deafferentation og kortikale omorganisering av berørte hjernen område (område på amputert lem)^6,7,8; men ble overfor resultater beskrevet av Makin og samarbeidspartnere som smerte er knyttet til bevaring av hjernens struktur og smerte er tilskrevet en reduksjon interregionalt funksjonelle tilkobling¹⁹. I lys av disse kontroversielle og funn tror vi at romanen tilnærming presenteres her vil bringe mer relevant informasjon til studiet av PLP og vil tillate forskere å evaluere effekten av MT i et levende miljø med graden av hjernen aktivisering mens sammenligne dem med nivåer av smerte vurdert i våre full protokollen¹⁹.

Tidligere litteratur om dette emnet har vist at MT er en av de mest passende behavioral terapi for behandling av PLP på grunn av dens enkel implementering og lave kostnader¹². Faktisk har tidligere studier av denne teknikken vist bevis av en tilbakeføring av mistilpasset endringer i primære sensorimotor cortex i amputerte med PLP^8,20,21. Selv om MT er kanskje en den rimeligste og mest effektive måten å behandle PLP^12,22,23,24, er flere studier nødvendig for å bekrefte disse effektene siden noen pasienter ikke svare på denne typen behandling⁸ , og det er mangel på større randomiserte kliniske studier som gir høy-evidensbasert resultater²⁵.

En av hypoteser som MT kan redusere PLP er knyttet til det faktum at speilbilde av ikke-amputert bolen bidrar til å reorganisere og integrere misforholdet mellom Propriosepsjon og visuell tilbakemelding²⁶. De underliggende mekanismene MT kan knyttes til hjemfall mistilpasset tilordnet somatosensory^8,27,28.

For MT er fagene nødvendig å utføre flere motoriske og sensoriske oppgaver ved hjelp av deres intakt lem (f.eks refleksjoner og extension) mens observere denne effekten i et speil ligger i midtlinjen deltakerens kroppen, og dermed skape en levende og nøyaktig representasjon av bevegelse innenfor området amputert lem²⁹.

For å videreutvikle vitenskapelig forståelse av patofysiologi aspekter involvert i PLP, det er viktig å bedre karakterisere underliggende neuroplastic endringene som resulterer fra lem amputasjoner, i tillegg til forbedring av smerte symptomer som MT. I denne forbindelse neuroimaging teknikker, som fMRI, har dukket opp som kraftige verktøy for å belyse pathophysiologic mekanismer knyttet kortikale omorganisering og gi hint mot optimalisere rehabilitering av personer med PLP i klinisk sammenheng^30,31. Videre høy romlig oppløsning by av fMRI (sammenlignet med Elektroencefalogram, for eksempel) gir mer nøyaktig kartlegging av hjernen responser, som finger og siffer representasjoner i sensorimotor cortex med andre regioner de hjerne³².

Hittil nevrofysiologi tilknyttet MT forblir unnvikende skyldes i stor grad på utfordringene utføre prosedyren i skanner miljøet (dvs. det er vanskelig for en privatperson å utføre behandlingen mens du ligger i skanneren). Her vi beskriver en metode som tillater en person å observere egne ben bevegelser i sanntid mens liggende ryggen i smale confines av skanneren bar. En nøyaktig rekreasjon av levende og oppslukende følelsen brakt frem av terapi kan gjenskapes ved hjelp av et videokamera som fanger sanntid bilder av bevegelige beinet, og et system av speil og en skjerm som kan vises direkte ved studie deltakeren.

Tidligere studier har forsøkt å innlemme teknikker som videoopptak, virtuell virkelighet og forhåndsinnspilt animasjoner som betyr å presentere visuelle stimulans og omgå disse tekniske utfordringer^{9,16,33 ,34}. Likevel, disse teknikkene har blitt begrenset i deres effektivitet^{35,36,37,38,39}. I tilfellet av benytter en forhåndsinnspilt video, det er en ofte dårlig synkronisering mellom deltakernes bevegelser og de av videoen, samt mangel på timing nøyaktighet, som fører til en dårlig realistisk inntrykk som enkeltperson egen Ben er i bevegelse. For å forbedre denne forstand sensorimotor nedsenking, forsøkt andre teknikker, for eksempel virtuell virkelighet og digitalisert animasjoner. Likevel, de har unnlatt å genererer visuelt overbevisende opplevelser på grunn av en lav bildeoppløsning, et begrenset synsfelt, urealistisk eller nonnatural menneske-lignende bevegelser og tilstedeværelsen av bevegelse lag (dvs. desynchronization av bevegelsen). I tillegg, hindrer mangel på en nøyaktig modellering kombinert med dårlig kontroll over andre funksjoner, som effekter av friksjon, fart og tyngdekraften, oppfatningen av en levende og oppslukende føler⁴⁰. Derfor for amputerte, er det verdt å utforske strategier for å sikre at fag er engasjert i kognitiv oppgaven (observasjon) og oppslukende på illusjonen av amputert lemmer bevegelse. Til slutt, de nødvendige ressursene for å utvikle og implementere disse komplekse strategier kan være tidkrevende og/eller koste uoverkommelige.

Vi beskriver en ny tilnærming som vi tror skaper en realistisk og levende følelse av nedsenking der deltakeren kan se en live og sanntid video av en bildet av sin egen lem mens de utfører en økt MT³¹. Denne tilnærmingen utføres mens enkelt ligger i skanner bar og uten betydelige kostnader eller omfattende teknisk utvikling.

Denne protokollen er en del av National Institutes of Health (NIH) forskning prosjekt stipend (RO1)-sponset klinisk studie som evaluerer effekten av kombinasjonen av en neuromodulatory teknikk, nemlig Transkraniell likestrøm stimulering (tDCS), med en atferdsterapi (speilet terapi) for å avlaste phantom lem smerte³¹. Vi vurdere endringer i visuell analog skalaen (VAS) for smerte ved baseline, tidligere, og etter hver intervensjon økt. fMRI brukes som en neurophysiologic verktøy for å evaluere strukturelle endringer i hjernefunksjon og dets sammenheng med lindring av PLP. Derfor oppnås en innledende fMRI for å ha et planlagt kart over strukturelle organiseringen av deltakerens hjernen, som enten viser at det er kortikale mistilpasset omorganisering^{5,6,8 , 11 , 13 , 14 , 18 , 28} eller at det ikke er¹⁹; på samme måte, kan forskeren observere hvilke områder aktiveres ved baseline oppgaven med MT for å forstå områdene aktivisering svar på MT; Endelig er det mulig å få en andre fMRI postintervention å se hvis endringer (modulation) har blitt generert i kortikale reorganiseringen etter den kombinerte terapien med tDCS og MT og analysere Hvis endringene er korrelert eller forbundet med graden av smerte endre. Derfor denne protokollen tillater forskere å evaluere omorganisering strukturelle endringer i pasienter med PLPs under MT og hjelper dem å forstå hvis disse endringene i fMRI er knyttet til endringer i PLP, derfor gir tilleggsinformasjon om Hvordan påvirker MT strukturelle og funksjonelle hjerneaktiviteten endre phantom smerte.

Protocol

1. forberedelse av faget Før deltakelse, har deltakeren fullføre et samtykke skjema og en MRI sikkerhet screening evaluering, sistnevnte utført av neuroimaging teknikeren på skanning anlegget, slik at deltakeren ikke har noen kjente kontraindikasjoner til skannes (f.eks metall i kroppen, en historie av klaustrofobi, eller graviditet). Gi deltakeren detaljerte instruksjoner med hensyn til den eksperimentelle prosedyren. Har emnet lytte til en Instruksjonsvideo innspilt lyd slik at de er i…

Representative Results

Genererer følelsen tilknyttet MT bruker sanntid videoprojeksjon er mulig. Deltakerne har subjektivt rapportert at videobildet oppfattet er livaktig og følelsen er oppslukende. Videre er mønstre av kortikale aktivisering tilknyttet MT (dvs. bevegelse av beinet og visning speilet bildet) i skanner miljøet robust. I en pilotstudie, ble kortikale svar MT registrert ved hjelp av fMRI i en deltaker med lavere lem amputasjon av ven…

Discussion

Denne protokollen beskriver en roman, mulig prosedyre som gir etterforskerne å nøyaktig karakterisere nevrale korrelerer tilknyttet MT i personer med PLP.

Som tidligere nevnt, tidligere studier har forsøkt å undersøke nevrale korrelerer tilknyttet MT behandling ved omfatter ulike teknikker som videoopptak, virtuell virkelighet og forhåndsinnspilt animasjoner^{9,33 ,34}. Disse metodene har imidlert…

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