motoriek: van regelsystemen en anatomie tot behandelprincipes · motoriek: van regelsystemen en...
TRANSCRIPT
Motoriek:
van regelsystemen en anatomie tot
behandelprincipes
R o t t e r d a m N e u r o r e h a b i l i t a t i o n R e s e a r c h
RoNeRes
Prof dr Gerard M Ribbers
A computational model: reaching
Hand location
Target Location
Desired displacement
Motor outflow Sensory inflow
Final state estimate end point location
Error signal
Corrective signal
Initial conditions
Intention
A computational model: reaching
Hand location
Target Location
Desired displacement
Inverse model
Motor plan
Motor outflow Sensory inflow
Final state estimate end point location
Error signal
Corrective signal
Initial conditions
Planning
Intention
A computational model: reaching
Hand location
Target Location
Desired displacement
Inverse model
Motor plan
Motor command
Motor outflow Sensory inflow
Error signal
Corrective signal
Initial conditions
Intention
Planning
A computational model: reaching
Hand location
Target Location
Desired displacement
Inverse model
Motor plan
Motor command
Continuous control
Motor outflow Sensory inflow
Forward model
Final state estimate end point location
Error signal
Corrective signal
Initial conditions Feedback module
A computational model: reaching
Hand location
Target Location
Desired displacement
Inverse model
Motor plan
Motor command
Continuous control
Motor outflow Sensory inflow
Forward model
Final state estimate end point location
Error signal
Corrective signal
Initial conditions Feedback module
Execution
Motorische aansturing: fasen van computatie
Motivatie, intentie, doelgerichtheid
Dorst, drinken, kopje (amotivationele syndromen)
Planning
Positie arm tov romp, hand tov en kopje, parameters van richting, afstand en snelheid, gegeven de (bio-) mechanische eigenschappen en redundantie van het systeem (apraxieen)
Executie
Motorische actie via RM naar extremiteit gegeven geleidingstijden en ruis (centrale parese)
Executie: feedforward
Snel maar alleen
precies als:
• Ervaring (leren)
• Statische omgeving
• Afwezigheid van ruis
Executie: feedforward
Interne modellen:
• Forward model: voorspelt sensorische
consequenties van de gegeven
motorische opdracht
(tillen – gewicht; stappen - hoogte
of lengte)
• Invers model: uitgaand van de verwachte
sensorische consequentie wordt de
motorische opdracht gevormd
(reiken met paretische arm)
Snel maar alleen
precies als:
• Ervaring (leren)
• Statische omgeving
• Afwezigheid van ruis
Interne modellen
Moeten aangepast worden aan: ontwikkeling, groei, veroudering, schade (spasme, contracturen, kracht etc)
Principles of rehabilitation
Use It or Lose It
Use It and Improve It
Specificity
Repetition
Intensity Matters
Time Matters
Salience Matters
Age Matters
Transference
Inter-ference
Ruis interfereert met feedforward
Variaties in neurale activiteit die niet gerelateerd zijn aan de taakuitvoering
Ruis is afhankelijk van de sterkte van het signaal
gecorrigeerd door visuele en proprioceptieve feedback
precisie verlies bij snelle feedforward bewegingen
A computational model: reaching
Hand location
Target Location
Desired displacement
Inverse model
Motor plan
Motor command
Continuous control
Motor outflow Sensory inflow
Forward model
Final state estimate end point location
Error signal
Corrective signal
Initial conditions Feedback module
Functionele neuroanatomie
1. Anatomische gradienten
2. Overlappende synergieen in PMC
3. Cerebellum als voorspeller
4. Basale ganglia; bewegingsselectie en beloning
5. Parallelle routes van cortex naar RM
6. RM is meer dan relay station
Cognitie
Emotie
Arousal
NEO
PALEO
ARCHI
sociale interactie
vitale functies
nature
nurture
automatismen
tonus
survival
Complexe vaardigheden
voelen horen
zien
handelen
1
1
1
1
2
2
2
2 3
Intrahemisferische organisatie en informatieverwerking:
Intrahemisferische organisatie: Anatomische gradienten (motoriek)
I
II
III
I Anteroposterieur
van globaal naar specifiek
II Parallel superior
parietofrontaal
extern gemedieerd
(ideomotore apraxie)
III Premotoor mediolateraal
intern gemedieerd
(ideationele apraxie)
Anteroposterieure gradient
I Van doel naar actie en
van abstract naar specifiek
Niet sequentieel..
Anteroposterieure gradient
I Van doel naar actie en
van abstract naar specifiek
Niet sequentieel..
…. maar parallel
Parallele parietofrontale circuits
A
B
IIa Dorsale route visuele en proprioceptieve
feedback gebruikt voor doel-
gerichte handelingen (optische
ataxie)
IIb Ventrale route 1 voeding en objectvermijding
2 visual to motor transformation
bv preciesiegrip
3 (observeren van) motorisch
gedrag (Broca en
spiegelneuronen)
Functionele neuroanatomie
1. Anatomische gradienten in parietale en premotore cortex
2. Overlappende synergieen in PMC
3. Cerebellum als voorspeller
4. Basale ganglia; bewegingsselectie en beloning
5. Parallelle routes van cortex naar RM
6. RM is meer dan relay station
Overlappende synergieen in PMC
Somatotopie in primaire en in premotore cortex is relatief (mozaïek)
minder dan in primaire somatosensore cortex
grofmotorische functionele synergieen / patroonactivatie
Sterke relatie PMC en spinale motoneuronen voor de hand musculatuur
Functionele neuroanatomie
1. Anatomische gradienten in parietale en premotore cortex
2. Overlappende synergieen in PMC
3. Cerebellum als voorspeller
4. Basale ganglia; bewegingsselectie en beloning
5. Paralelle routes van cortex naar RM
6. RM is meer dan relay station
Cerebellum: functionele anatomie
Vestibulocerebellum vestibulaire kernen: balans
Spinocerebellum motore en premotore cortex:
houding, gangbeeld en proximale
extremiteiten
Neocerebellum
fijne coordinatie hand en cognitieve
specialisatie (re: woordselectie en
werkgeheugen; li: visueel geheugen
niet-verbale redeneertaken.
Cerebellum en interne modellen
Cerebellum is niet zozeer betrokken in feedback processen maar in het vergaren / aanpassen van interne modellen (feedforward)
Door cerebellaire leasies kunnen de interne modellen niet aangepast worden. Er vindt geen correctie plaats op het verschil in geplande en gerealiseerde bewegingen. Nieuwe bewegingen aanleren is bijna onmogelijk.
Functionele neuroanatomie
1. Anatomische gradienten in parietale en premotore cortex
2. Overlappende synergieen in PMC
3. Cerebellum als voorspeller
4. Basale ganglia; bewegingsselectie en beloning
5. Paralelle routes van cortex naar RM
6. RM is meer dan relay station
Basale ganglia: bewegingsselectie
-
+
Gescheiden BG-corticale circuits
(motorisch, oculomotorisch, executief
en motivationeel) : geen taak in
associatie van informatie maar in
moduleren activiteit van specifieke
corticale gebieden
fine tuning van kracht, amplitude en versnelling,
motivational drive, alertheid,
BG leasies kunnen daarom corticale symptomen
veroorzaken zoals afasie, neglect en akinetisch
mutisme
Hypokinetische beelden door te hoge BG output ->
door inhibitie thalamus te lage corticale recrutering
(hyperkinetische beelden door te lage BG output)
Basale ganglia: beloning
Hoogste dichtheid van dopaminerge neuronen
Ontladen bij anticipatie op een beloning: ‘reward circuits’
Reward circuits betrokken bij verslaving, motorisch leren en remmen / initieren van ‘overleerd’ gedrag (autorijden)
Functionele neuroanatomie
1. Anatomische gradienten in parietale en premotore cortex
2. Overlappende synergieen in PMC
3. Cerebellum als voorspeller
4. Basale ganglia; bewegingsselectie en beloning
5. Parallelle routes van cortex naar RM
6. RM is meer dan relay station
Parallelle routes van cortex naar RM: rechtstreeks
Tractus corticospinalis:
• primaire motorische cortex (handen)
• superieure parietale cortex en
premotore gebieden (romp, houding
en grove motoriek)
•10% kruist niet en er is een grote
interhemisferische interactie met
name in de superieure parietale en
premotore gebieden (contralesionale
beinvloeding van motoriek)
Parallelle routes van cortex naar RM: via de hersenstam
Projectie van cortex naar hersenstam en van
hersenstam naar RM (interneuronen &
monosynaptisch op motorneuronen), ipsi- en
bilateraal:
Tractus reticulospinalis (nauw verweven met
gehele cortex van beide hemisferen, tr.
corticospinalis, ncl fastigeus van cerebellum)
-> alternatieve toegang tot motorisch systeem via
interneuronen maar ook monosynaptisch op
motorneuronen ipsi- en bilateraal
-> vermoedelijke betrokken bij alle (grof-)
motorische activiteiten
Parallelle routes
Na een hemisferisch letsel gaat er input naar de spinale motorneuronen via de niet-kruisende corticospinale banen van de contralesionale hemisfeer en via de tractus reticulospinalis.
De input op de tractus reticulospinalis komt van grotere corticale gebieden dan de oorsprong van de tr. corticospinalis. De ipsilesionale hemisfeer kan output naar de spinale neuronen genereren zelfs als de totale tr. corticopsinalis is ‘uitgeschakeld’.
Functionele neuroanatomie
1. Anatomische gradienten in parietale en premotore cortex
2. Overlappende synergieen in PMC
3. Cerebellum als voorspeller
4. Basale ganglia; bewegingsselectie en beloning
5. Parallelle routes van cortex naar RM
6. RM is meer dan relay station
RM is meer dan relay station
De grote meerderheid van de tr. corticospinalis en reticulospinalis projecteert op interneuronen in de zona intermedia alwaar ze interacteren met reflexroutes.
Spinale reflexen dragen tot 40% bij aan de kracht bij willekeurige bewegingen.
Parese
Verminderd vermogen om bewust de spinale motoneuronen te activeren
Krachtsverlies, spasticiteit, verlies van geïsoleerde motoriek, motorische planningsproblematiek, geassocieerde bewegingen
Behandelen van een parese
Priming
Verhogen prikkelbaarheid en stimuleren plasticiteit voor therapie
Augmenting
Stimuleren willekeurige spieraanspanning tijdens therapie
Taakspecifiek oefenen
Behandelen van een parese: voorbeelden van priming
Mental practice
Activeren motorische programma’s
Tactiele stimulatie en passief bewegen
Richten van aandacht
Spiegeltherapie / action observation
Spiegelneuronen
Hersenstimulatie (rTMS of tDCS)
Exciteerbaarheid van corticale neuronen
Medicatie
stimulantia
Behandelen van een parese: voorbeelden van augmenting
CIMT
Herstellen balans corticale activiteit (massed practice)
Robot-assisted
Opgelegde sensorische en visuele feedback
Kosteneffectief ?
EMG biofeedback
Visuele of auditieve feedback
FES en TENS
Spieractivatie en sensorische input (niet-specifiek)
Bilateraal trainen
Interhemisferische interactie
Behandelen van een parese: het belang van taakspecifiek oefenen
Creëren van nieuwe motorische programma’s met nieuwe interne modellen (forward en inverse)
-> aanleren nieuwe vaardigheid
Apraxie
Iha begeleidend bij parese (ipsi- of contraleraal aan lesie!)
Ideationeel of conceptioneel (intern gemedieerd)
Onvermogen om in een temporele sequentie de juiste motorische programma’s te kiezen (ADL taken, koken)
Ideomotorisch (extern gemedieerd)
Onvermogen om complexe motorische handelingen te verrichten zowel bij object hantering als bij symbolische acties (salueren, blazen)
Behandelen van een apraxie
Strategietraining
Intern (verbaliseren) of extern (bv. met pictogrammen)
Foutloos leren
Fouten verhogen ruis (backward chaining)
Van observatie naar actie
Imiteren, afmaken, zelf doen
Ataxie
schade aan cerebellum, cerebellaire input of output baansystemen, spinocerebellaire tracti
falend feedforward systeem en daardoor afhankelijk van trage feedback
Behandeling ataxie
Kan nieuw feedforward systeem ‘aangeleerd’ worden?
inertie vh systeem vergroten (gewichten)