Projeção de vídeo em tempo real em uma ressonância magnética para a caracterização de correlações neurais associados com terapia de espelho para dor do membro fantasma

Summary

Apresentamos um romance combinados comportamental e emprega projeção de vídeo em tempo real com a finalidade de caracterizar as correlações neurais associadas com a terapia do espelho dentro do ambiente de scanner de ressonância magnética na perna do protocolo de neuroimagem assuntos de amputados com dor do membro fantasma.

Abstract

Terapia do espelho (MT) tem sido proposta como uma estratégia de reabilitação eficaz para aliviar os sintomas de dor em amputados com dor do membro fantasma (PLP). No entanto, estabelecendo as correlações neurais associadas à terapia MT tem sido um desafio dado que é difícil de administrar a terapia eficaz dentro de um ambiente de scanner de ressonância magnética (MRI). Para caracterizar a organização funcional das regiões corticais associadas com esta estratégia de reabilitação, temos desenvolvido um protocolo combinado de neuroimagem funcional e comportamental que pode ser aplicado em participantes com uma amputação da perna. Esta nova abordagem permite que os participantes passam por MT dentro do ambiente do varredor de MRI, exibindo em tempo real imagens de vídeo capturadas por uma câmera. As imagens são vistas pelo participante através de um sistema de espelhos e um monitor que o participante vê deitada em do scanner. Desta forma, alterações funcionais em áreas corticais de interesse (por exemplo, o córtex sensório-motor) podem ser caracterizadas em resposta à aplicação direta do Mt.

Introduction

PLP refere-se a sensação de dor percebida dentro da área correspondente ao membro ausente postamputation^1,2. Esta condição é um encargo significativo de cuidados de saúde crônico e pode ter um impacto dramático sobre qualidade de vida de^{3,4 um indivíduo}. Tem sido sugerido que alterações na estrutura do cérebro e função desempenham um papel fundamental no desenvolvimento e neuropathophysiology de PLP^5,6. No entanto, as correlações neurais subjacentes de como desenvolvem os sintomas de dor e como eles podem ser atenuados em resposta ao tratamento permanecem desconhecidas. Esta falta de informação é principalmente devido a desafios técnicos e limitações associadas a realização de uma determinada abordagem terapêutica dentro dos limites de um ambiente de neuroimagem como MRI^5,7,8 .

Resultados de vários estudos atribuem o desenvolvimento do PLP para reorganização mal-adaptativos neuroplastic ocorrendo dentro córtices sensório-motor, bem como em outras áreas do cérebro. Por exemplo, ficou demonstrado que após a amputação de um membro, há uma mudança na representação cortical correspondente sensório-motor de áreas vizinhas. Como resultado, áreas vizinhas aparentemente começam a invadir as zonas que costumavam correspondem ao membro amputado^9,10. A fim de aliviar os sintomas de dor associados com Pip, tratamentos como MT ou imagética motora podem ser eficaz^9,11,12. Sugere-se que o alívio dos sintomas ocorre presumidamente através do restabelecimento de cruz-modal de entradas aferentes, fornecido pela observação de imagens de espelho-refletida do membro nonaffected^{12,13, 14,15,16,17}. Através destas imagens, os participantes são capazes de visualizar o reflexo do membro oposto ao invés do que foi amputada, criando assim uma ilusão de que ambos os membros permanecem. A ilusão e efeitos imersivos foram estudados anteriormente por Diers et al. em indivíduos saudáveis, em que uma comparação de ativação funcional através de ressonância funcional (fMRI) foi avaliada depois de ser submetido a uma tarefa com uma caixa de espelho comum ou realidade virtual ¹⁸. no entanto, as correlações neurais associadas a reversão das alterações neuroplastic mal-adaptativos e o alívio dos sintomas permanecem mal compreendidas. Além disso, o mecanismo subjacente do PLP permanece um tópico de pesquisa, como a clara alteração fisiopatológicas subjacente por trás do desenvolvimento do PLP é elucidada ainda incompleta enquanto resultados controversos têm sido revelados^{5, 19}. Como dito acima, vários autores atribuem o desenvolvimento de dor de desaferentação e reorganização cortical do cérebro afetadas área (área do membro amputado)^6,7,8; no entanto, em frente a resultados foram descritos por Makin e colaboradores, em que a presença de dor está associada com a preservação da estrutura do cérebro e dor é atribuída a uma redução de conectividade funcional inter-regional¹⁹. Tendo em conta estes controversa e de frente para as conclusões, acreditamos que a nova abordagem aqui apresentada trará informações relevantes adicionais para o estudo do PLP e permitirá que os cientistas avaliar os efeitos da MT em um ambiente ao vivo com o grau de cérebro ativação ao compará-las com os níveis de dor avaliada em nosso protocolo completo¹⁹.

Literatura anterior sobre este tema tem mostrado que a MT é uma das terapias comportamentais mais adequadas para o tratamento da PLP devido a sua fácil implementação e baixo custo¹². De fato, estudos anteriores desta técnica têm mostrado evidências de uma reversão das alterações mal-adaptativos dentro do córtex sensório-motor primário em amputados com PLP^8,20,21. Apesar de MT é talvez a abordagem mais barata e mais eficaz para tratar a PLP^12,22,23,24, mais estudos são necessários para confirmar estes efeitos, uma vez que alguns pacientes que não responder a este tipo de tratamento⁸ e há uma falta de ensaios clínicos randomizados maiores que fornecem resultados baseados em alta-provas de²⁵.

Dentre as hipóteses que MT pode reduzir PLP está relacionado ao fato de que a imagem de espelho de parte do corpo amputada-não ajuda a reorganizar e integrar a incompatibilidade entre a propriocepção e feedback visual²⁶. Os mecanismos subjacentes de MT podem ser associados com a reversão do mapeamento adaptativos de somatossensorial^8,,^27,28.

Para MT, assuntos são necessários para executar várias tarefas motoras e sensoriais, usando seus membros intactos (por exemplo, flexão e extensão) enquanto observa este efeito em um espelho localizado na linha média do corpo do participante, criando assim um vívido e preciso representação do movimento dentro da área do membro amputado²⁹.

Para aprofundar o conhecimento científico dos aspectos fisiopatologia envolvida no PLP, é crucial para melhor caracterizar as alterações neuroplastic subjacente que resultam de amputações membro, bem como a melhoria dos sintomas de dor, fornecido pelo MT A este respeito, técnicas de neuroimagem, como a ressonância magnética, têm emergido como ferramentas poderosas para ajudar a elucidar os mecanismos fisiopatológicas associados com reorganização cortical e fornecem pistas para otimizar a reabilitação de indivíduos com Pip em o contexto clínico^30,31. Além disso, a alta resolução espacial proporcionada pela fMRI (em comparação com a Eletroencefalografia, por exemplo) permite o mapeamento mais preciso das respostas do cérebro, tais como representações de dedo e dígito, no córtex sensório-motor, juntamente com outras regiões do o cérebro de³².

Até à data, a neurofisiologia associada com MT continua elusiva devido em grande parte aos desafios de realizar o procedimento dentro do ambiente de scanner (ou seja, é difícil para um indivíduo realizar a terapia enquanto estava deitado no scanner). Aqui, descrevemos um método que permite a um indivíduo observar o seu próprio movimento de perna em tempo real enquanto supina deitada dentro dos estreitos limites do scanner do furo. Uma recriação exata da sensação vívida e envolvente eliciada a terapia pode ser recriada usando uma câmera de vídeo que capta imagens em tempo real da perna em movimento e um sistema de espelhos e um monitor que pode ser visto diretamente pelo estudo participante.

Após estudos tentaram incorporar técnicas como gravação de vídeo, realidade virtual e animações pré-gravados como meio para apresentar o estímulo visual e contornar esses desafios técnicos^{9,16,33 ,34}. Ainda, essas técnicas foram limitadas em sua eficácia^{35,36,37,38,39}. No caso particular de usando um vídeo pré-gravado, há uma muitas vezes pobre sincronização entre os movimentos dos participantes e aqueles fornecidos pelo vídeo, bem como a falta de precisão de cronometragem, que leva a uma má impressão realista que o indivíduo a perna está se movendo. A fim de melhorar esta sensação de imersão sensório-motor, outras técnicas, tais como realidade virtual e animações digitalizadas, foram tentadas. No entanto, eles falharam gerar sensações visualmente convincentes devido a uma resolução de imagem de baixo, um campo de visão limitado, irrealistas ou nonnatural humano-como movimentos e presença de lag de movimento (i.e., desynchronization de movimento). Além disso, a falta de uma modelagem exata combinada com o pobre controle sobre outros recursos, como os efeitos de atrito, dinamismo e gravidade, dificulta a percepção de uma sensação vívida e envolvente de⁴⁰. Portanto, para amputados, vale explorar estratégias para assegurar que indivíduos estão engajados na tarefa cognitiva (observação) e amputada envolvente sobre a ilusão de movimento de um membro. Finalmente, os recursos necessários para desenvolver e implementar estas estratégias complexas podem ser demorado e/ou custo proibitivos.

Nós descrevemos uma nova abordagem que acreditamos que cria uma sensação vívida e realista de imersão no qual o participante pode ver um vídeo ao vivo e em tempo real de uma imagem projetada do seu próprio membro enquanto eles executam uma sessão de MT³¹. Esta abordagem é realizada enquanto o indivíduo está mentindo no furo do varredor e sem custos substanciais ou desenvolvimento técnico extensivo.

Este protocolo é parte de uma bolsa de projeto de pesquisa do National Institutes of Health (NIH) (RO1)-patrocinado ensaio clínico que avalia os efeitos da combinação de uma técnica neuromodulatory, nomeadamente corrente contínua estimulação transcraniana (tDCS), com um terapia comportamental (terapia do espelho) para aliviar a dor do membro fantasma³¹. Avaliamos as alterações na escala analógica visual (VAS) para a dor no início do estudo, prévio e após cada sessão de intervenção. fMRI é usado como uma ferramenta neurofisiológica para avaliar as mudanças estruturais na função cerebral e sua correlação com o alívio da PLP. Portanto, uma ressonância magnética inicial é obtida a fim de ter um mapa de base da organização estrutural do cérebro do participante, que também irá mostrar que não há reorganização cortical de mal-adaptativos^{5,6,8 , 11 , 13 , 14 , 18 , 28} ou que não há¹⁹; da mesma forma, o cientista pode-se observar que áreas são ativadas na linha de base com a tarefa de MT, a fim de compreender a resposta de ativação das áreas para o MT; Por último, é possível obter uma segunda postintervention de ressonância magnética para ver se as alterações (modulação) foram geradas na reorganização cortical após a terapia combinada com tDCS e MT e analisar se essas mudanças são correlacionadas ou associadas com o grau de mudança de dor. Portanto, este protocolo permite aos cientistas avaliar alterações de reorganização estrutural em pacientes com PLPs durante MT e também os ajuda a compreender se estas alterações observadas em fMRI estão associadas com mudanças no PLP, portanto, fornecer detalhes adicionais sobre como MT afeta a atividade cerebral de estrutural e funcional para modificar a dor fantasma.

Protocol

1. preparação do assunto Antes da participação, ter o participante preencher um formulário de consentimento e uma segurança de MRI avaliação de triagem, o último realizado pelo técnico à instalação de digitalização, para assegurar que o participante não tem quaisquer contra-indicações conhecidas de neuro-imagem ser verificado (por exemplo, o metal em seu corpo, uma história de claustrofobia, ou gravidez). Fornece ao participante com instruções detalhadas quanto ao procedimento exp…

Representative Results

Gerando a sensação associada com MT usando a projeção de vídeo em tempo real é viável. Os participantes relataram subjetivamente que a imagem de vídeo percebida é vida-como e a sensação é envolvente. Além disso, os padrões de ativação cortical associada com MT (i.e., o movimento da perna e exibindo a imagem projetada do espelho) no ambiente de scanner são robustos. Em um estudo piloto, as respostas corticais de …

Discussion

Este protocolo descreve um romance, um procedimento viável que permite que os investigadores caracterizar com precisão as correlações neurais associadas MT em indivíduos com Pip.

Como anteriormente mencionado, após estudos tentaram investigar as correlações neurais associadas com tratamento de MT, incorporando várias técnicas tais como gravação de vídeo, realidade virtual e animações pré-gravados^{9,33 ,}<sup c…

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