В реальном времени видео-проекция в МРТ для характеризации нейронные корреляты, связанные с зеркалом терапии для фантомные боли конечностей

Summary

Мы представляем Роман комбинированные поведенческих и нейровизуализации протокол нанимателя в реальном времени видео-проекции для целей характеризующие нейронные корреляты, связанные с зеркалом терапии в рамках окружающей среды сканера магнитно-резонансной томографии в ногу человек с ампутированными конечностями предметы с фантомные боли конечностей.

Abstract

Зеркало терапии (MT) было предложено как эффективной реабилитационной стратегии для облегчения симптомов боли в ампутации конечностей с фантомные боли конечностей (ПЛП). Однако создание нейронные корреляты, связанные с MT терапии была сложной учитывая, что это трудно управлять терапия эффективно в среде сканера магнитно-резонансная томография (МРТ). Чтобы охарактеризовать функциональной организации корковой регионов, связанных с этой реабилитационной стратегии, мы разработали комбинированных поведенческих и функциональных нейровизуализации протокол, который может быть применен в участников с ампутации ноги. Этот новый подход позволяет участникам пройти МРТ сканер среде MT Просмотр в реальном времени видео изображения, захваченные камерой. Образы рассматриваются участником через систему зеркал и монитор, что участник рассматривает лежа на кровати сканера. Таким образом можно охарактеризовать функциональные изменения в корковых областях, представляющих интерес (например, сенсомоторной коры) в ответ на прямое применение MT.

Introduction

ПЛП относится к ощущение боли, воспринимается в пределах области, соответствующей недостающие конечности postamputation^1,2. Это условие является значительным бременем хронических здравоохранения и может иметь огромное влияние на качество жизни индивидуума^3,4. Было высказано предположение о том, что изменения в структуре мозга и функции играют основополагающую роль в развитии и neuropathophysiology ПЛП^5,6. Однако основной нейронные корреляты как развиваться симптомы боли и как они могут быть решены в ответ на лечение остаются неизвестными. Это отсутствие информации обусловлено главным образом технические проблемы и ограничения, связанные с выполнением данного терапевтический подход в пределах ограничений среде нейровизуализации, например МРТ^5,7,8 .

Результаты ряда исследований объясняют развитие ПЛП неадекватные neuroplastic реорганизации, происходящих внутри сенсомоторной коре, а также в других областях головного мозга. Например было показано, что после ампутации конечности, существует сдвиг в соответствующее представление сенсомоторной коры соседних областей. В результате соседние районы видимо начать вторжение в зонах, которые соответствуют ампутированной конечности^9,10. Для того, чтобы облегчить симптомы боли, связанные с ПЛП, лечения, такие как MT или мотор изображений может быть эффективным^9,,1112. Предполагается, что облегчение симптомов происходит предположительно через кросс Модал воссоздание афферентных входов, предоставляемый наблюдения зеркало отражение изображения из nonaffected конечности^{12,13, 14,,1516,17}. Через эти образы участники имеют возможность визуализировать отражение противоположных конечностей вместо одной, которая была ампутирована, таким образом создавая иллюзию, что обе конечности. Иллюзии и погружения последствия ранее были изучены, длительное et al. в здоровых испытуемых, в которых оценивали сравнение функциональных активации через Функциональная МРТ (МР-томографию) после прохождения задачи либо с общей зеркальный шкаф или виртуальной реальности ¹⁸. Однако, по-прежнему осознаются нейронные корреляты, связанные с разворота неадекватные neuroplastic изменений и облегчение симптомов. Кроме того основной механизм ПЛП остается темой исследований, как ясно базовой физиопатологические изменения за развитие ПЛП еще неполно выяснены, хотя спорные выводы были выявлены^{5, 19}. Как указывалось выше, несколько авторов приписать развитие боли деафферентация и корковые реорганизации пострадавших мозга (площадь ампутированной конечности)^6,7,8; Однако напротив результаты были описаны Макин и коллаборационистов, в которых присутствие боль связана с сохранением структуры мозга и боль приписывают сокращение межрегиональных функциональные связи¹⁹. С учетом этих противоречивых и напротив выводы мы считаем, что роман представленный здесь подход принесет дополнительную соответствующую информацию для изучения ПЛП и позволит ученым оценить последствия MT в живой среде со степенью мозга Активация при сравнении их с уровнем боли, оценены в наш полный протокол¹⁹.

Предыдущие литературы на эту тему показал, что МТ является одним из наиболее подходящим поведенческой терапии для лечения ПЛП из-за его легкой имплементации и низкие расходы¹². В самом деле предыдущие исследования этой техники доказали разворота неадаптивные изменений в рамках первичной сенсомоторной коры в ампутации конечностей с ПЛП^8,,2021. Несмотря на то, что MT, пожалуй, один самый недорогой и эффективный подход к лечению ПЛП^12,,2223,24, необходимы дополнительные исследования для подтверждения этих эффектов, так как некоторые пациенты не ответить на этот тип лечения⁸ и есть отсутствие крупных рандомизированных клинических испытаний, которые обеспечивают результаты, на основе доказательств высокого²⁵.

Одна из гипотез, которые МТ может уменьшить ПЛП связана с тем, что зеркальное изображение части тела не ампутировали помогает реорганизовать и интегрировать несоответствие между проприоцепции и визуальной обратной связи²⁶. Основных механизмов MT могут быть связаны с реверсии неадаптивные картирование соматосенсорные^8,27,28.

Для MT предметы требуются для выполнения нескольких моторных и сенсорных задач, используя их нетронутыми конечностей (например, сгибания и разгибания) соблюдая этот эффект в зеркале расположен в срединной участника тела, тем самым создавая яркие и точные представление движения в пределах района ампутированной конечности²⁹.

Для дальнейшего развития научного понимания аспектов патофизиологии участвующих в ПЛП, важно лучше охарактеризовать основные изменения neuroplastic результате ампутации конечностей, а также улучшение симптомов боли, предоставляемый MT. В этой связи нейровизуализационных методов, таких как МР-томографию, превратились в мощные инструменты, чтобы помочь прояснить патофизиологические механизмы, связанные с корковой реорганизации и обеспечивают ключи к оптимизации реабилитации лиц с ПЛП в ^30,клинические контексте³¹. Кроме того, высокое пространственное разрешение обеспечиваемой МР-томографию (по сравнению с электроэнцефалография, например) позволяет для более точного картирования мозга ответов, таких как палец и цифра представлений, в сенсомоторной коры наряду с другими регионами мозг³².

На сегодняшний день, нейрофизиологии, связанные с MT ускользает благодаря в значительной степени проблемы проведения процедуры в среде сканера (то есть, это трудно для индивидуального выполнения терапии лежа в сканер). Здесь мы описываем метод, который позволяет для индивида соблюдать свои собственные движения ног в реальном времени во время лежал Супин в узких рамках сканера родила. Точная отдыха яркие и захватывающие ощущения вызвало терапии могут быть воссозданы с помощью видео камеру, которая захватывает изображения в реальном времени движущиеся ноги, и системы зеркал и монитор, который может рассматриваться непосредственно участника исследования.

Последние исследования пытались включить методы, такие как запись видео, виртуальной реальности и предварительно записанные анимации как средства представить визуальный стимул и обойти эти технические проблемы^{9,16,33 ,34}. Тем не менее эти методы были ограничены в их эффективности^{35,,3637,,3839}. В конкретном случае с помощью предварительно записанное видео, есть часто бедные синхронизации между движениями участников и поставляемые видео, а также отсутствие точности времени, что приводит к плохой реалистичные впечатления что собственной личности нога движется. Для того, чтобы улучшить чувство сенсомоторной погружения, другие методы, такие как виртуальной реальности и цифровой анимации, предпринимались попытки. Тем не менее, они не смогли создать визуально убедительной ощущения из-за низкой разрешение, ограниченное поле зрения, нереалистичные или nonnatural человека подобных ходатайств и присутствие движения ЛАГ (то есть, desynchronization движения). Кроме того отсутствие точного моделирования, в сочетании с плохой контроль над другими функциями, например воздействия трения, импульс и гравитации, затрудняет восприятие яркий и захватывающий вид⁴⁰. Таким образом, для лиц с ампутированными конечностями, стоит изучить стратегии для обеспечения субъектов занимаются когнитивных задач (наблюдения) и погружения на иллюзию ампутацию конечностей движения. Наконец необходимых ресурсов для разработки и осуществления этих сложных стратегий могут быть времени или стоимость непомерно высока.

Мы опишем новый подход, который мы считаем создает реалистичный и яркие ощущение погружения, согласно которому участник видео можно посмотреть живой и реального времени проецируемого изображения их собственных конечностей в то время как они выполняют сессии MT³¹. Такой подход осуществляется в то время как человек лежал в отверстие сканера и без значительных расходов или широкого технического развития.

Этот протокол является частью национальных институтов здравоохранения (НИЗ) исследовательский проект Грант (RO1)-под эгидой клинических испытаний, которая оценивает воздействие комбинации neuromodulatory техники, а именно транскраниальной стимуляции тока (ЦТД), с Поведенческая терапия (зеркало) для того, чтобы уменьшить фантомные боли конечностей³¹. Мы оценить изменения в шкале визуальных аналоговых (VAS) для боли в начале исследования, до и после каждой сессии вмешательства. МРТ используется как нейрофизиологические инструмент для того чтобы оценить структурные изменения в функции мозга и его взаимосвязи с облегчением ПЛП. Таким образом первоначальный МР-томографию получается для того чтобы иметь карту базовой структурной организации участника мозга, который будет показывать либо что является корковая неадаптивные реорганизации^{5,6,8 , 11 , 13 , 14 , 18 , 28} или что не существует¹⁹; Таким же образом ученый может наблюдать, какие области активизируются в базовый с задачей MT для того чтобы понять области активации ответ на МТ; Наконец это возможность получить второй МР-томографию postintervention чтобы увидеть, если изменения (модуляция) были созданы в кортикальной реорганизации после комбинированной терапии с ЦТД и MT и анализировать, если эти изменения связаны или связаны с степень боль изменения. Таким образом этот протокол позволяет ученым оценить изменения структурной реорганизации в больных с обвинителей во время MT и также помогает им понять, если эти изменения, видел в МР-томографию связаны с изменениями в ПЛП, поэтому предоставление дополнительных сведений о MT влияние структурной и функциональной активности мозга для изменения фантомная боль.

Protocol

1. Подготовка субъекта До участия имеют форму согласия участника и безопасность МРТ, скрининг оценки, последний осуществляется нейровизуализации техник на объекте сканирования, чтобы обеспечить, что участник не имеет каких-либо известных противопоказания к сканирования (наприме…

Representative Results

Создание ощущения, связанные с MT с помощью реального времени видео-проекция является практически осуществимым. Участники субъективно сообщили, что воспринимается изображения жизни как и ощущение погружения. Кроме того шаблоны корков…

Discussion

Этот протокол описывает роман, возможно процедура, которая позволяет следователям точно характеризуют нейронные корреляты, связанные с MT в индивидуалах с ПЛП.

Как ранее упоминалось, последние исследования пытались расследовать нейронные корреляты, связанных с лечение?…

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