Neurophysiologic correlates of training-induced locomotor learning post-stroke

摘要/项目总结 大多数中风幸存者存在步态功能障碍，导致社区参与和治疗质量降低。 生活一个有希望的康复干预，以减轻中风后步态缺陷是结合快速 功能性电刺激（FastFES）。Trisha Kesar博士（主要导师）目前正在领导 一项由NIH资助的R 01研究比较了FastFES的长期效果（18次治疗和长达12周的随访） 与传统的快速行走功能和皮质脊髓兴奋性。尽管它的承诺，FastFES，像 实际上，所有的步态干预都面临着个体对治疗的反应不同的问题。 神经生理学测试通过探索潜在的神经机制来瞄准这个问题的根源 每个人的独特反应。因为神经运动回路的可塑性是治疗的核心组成部分 响应，量化这种适应可能提供了一种用于识别可能的响应者和非响应者的方法。 在治疗过程中的早期反应。一个有前途的工具，非侵入性评估的变化， 皮质运动兴奋性是经颅磁刺激（TMS）。事实上，TMS的反应已经在 与其他卒中后运动干预中功能改善的保持相关。但无论 TMS-TMS衍生的测量与Fast或FastFES训练的反应相关性未知。此外，TMS- 诱导测量不能区别地解释脊髓反射回路或运动神经元水平的变化， 这可以通过测量对周围神经刺激的H-反射来评估，另一个非神经刺激的方法是测量对周围神经刺激的反应。 可以探测脊髓回路神经可塑性侵入性技术。因此，我建议收集更多的TMS， Kesar博士的母研究R 01中第一次训练前后的H-反射数据， 与训练期间和训练后48小时（保持）的生物力学变化相比， 假设基线皮质运动和脊髓兴奋性以及训练诱发的急性神经生理 对Fast和FastFES的反应与生物力学改善的运动学习相关。 最后，皮质运动或脊髓回路对单一干预的反应变化并不表明是否存在神经刺激。 对治疗表现出“反应”或无反应的个体是由于干预不当 匹配或神经可塑性能力的普遍下降。因此，我提出了一个基线测量， 个体对配对联想刺激（PAS）的反应，这是一种非侵入性的方法，可以量化个体的 神经可塑性变化的能力。我们假设基线PAS反应与以下因素相关： 生物力学和神经生理学反应的步态治疗。除了提供新颖的见解外， 神经相关的急性反应中风步态训练，这个F31项目将提供PI有价值的 在精英的监督下收集、处理和解释神经生理学数据的培训 指导团队由临床步态康复（Kesar）神经力学过程专家组成， 神经可塑性和PAS（Borich）和皮质脊髓生理学（Nichols）。

ABSTRACT / PROJECT SUMMARY  Most stroke survivors present with gait dysfunction resulting in reduced community participation and quality of  life. A promising rehabilitation intervention for mitigating post-­stroke gait deficits is the combination of fast  walking and functional electrical stimulation (FastFES). Dr. Trisha Kesar (primary mentor) is currently leading  an NIH funded R01 comparing the long-­term effects (18 sessions and up to 12-­week follow-­up) of FastFES  versus conventional Fast on walking function and corticospinal excitability. Despite its promise, FastFES, like  virtually all gait interventions, faces the problem of variation in individual response to treatment.  Neurophysiological testing takes aim at the root of this problem by exploring the neural mechanisms underlying  each individual’s unique response. Because neuromotor circuit plasticity is a core component of treatment  response, quantifying this adaptation potentially provides a means for identifying likely responders and non-­ responders early in the treatment process. A promising tool for non-­invasively assessing changes in  corticomotor excitability is transcranial magnetic stimulation (TMS). In fact, TMS response has already been  correlated with retention of functional improvement in other post-­stroke motor interventions. However, whether  TMS-­derived measures correlate with response to Fast or FastFES training is unknown. Additionally, TMS-­ induced measures do not differentially account for changes at the spinal reflex circuit or the motoneuron level,  which can be evaluated by measuring H-­reflexes in response to peripheral nerve stimulation, another non-­ invasive technique that can probe spinal circuit neuroplasticity. Thus, I propose to gather additional TMS and  H-­reflex data prior to and following the first training session in Dr. Kesar’s parent R01 study, which will be  compared to biomechanical changes during and at 48-­hours following (retention) the training, to test the  hypothesis that baseline corticomotor and spinal excitability, as well as training-­induced acute neurophysiologic  responses to Fast and FastFES are associated with locomotor learning of biomechanical improvements.  Finally, corticomotor or spinal circuit changes in response to a single intervention do not indicate whether an  individual who exhibits a ‘response’ or non-­response to the treatment does so due to poor intervention  matching or a generalized decrease in neuroplasticity capacity. Thus, I propose a baseline measurement of  individual responses to paired associative stimulation (PAS), a non-­invasive method to quantify an individual’s  capacity for neuroplastic change. We hypothesize that baseline PAS response will be associated with  biomechanical and neurophysiological response to the gait treatment. In addition to providing novel insights  into neural correlates of acute responses to stroke gait training, this F31 project will provide the PI valuable  training in collection, processing, and interpretation of neurophysiologic data under the supervision of an elite  mentoring team comprising experts in neuromechanics processes of clinical gait rehabilitation (Kesar),  neuroplasticity and PAS (Borich), and corticospinal physiology (Nichols).