Motoriek: van regelsystemen en anatomie tot behandelprincipes

Motoriek: van regelsystemen en anatomie tot behandelprincipes Prof dr Gerard M Ribbers

Rotterdam Neurorehabilitation Research RoNeRes

A computational model: reaching Intention

Desired displacement

Corrective signal

Motor outflow Sensory inflow

Error signal Hand location

Target Location

Initial conditions

Final state estimate end point location

A computational model: reaching Intention Planning


Inverse model

Motor plan

Corrective signal



Target Location

Initial conditions


A computational model: reaching Intention Planning


Inverse model

Motor plan

Motor command

Corrective signal


Target Location

Initial conditions


A computational model: reaching Continuous control


Hand location

Target Location

Initial conditions

Inverse model

Motor plan

Motor command

Corrective signal


Error signal

Forward model Final state estimate end point location

Feedback module



Hand location

Target Location

Initial conditions

Inverse model

Motor plan

Motor command

Corrective signal


Error signal

Forward model

Execution


Feedback module

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: feedback…. en het probleem met tempo

Executie: feedback en het probleem van tempo

Oscillaties door correctiepogingen, traag

Executie: feedforward ….. en het probleem met precisie

Executie: feedforward

Snel maar alleen precies als: • Ervaring (leren) • Statische omgeving • Afwezigheid van ruis

Executie: feedforward Interne modellen: • Forward model:

Snel maar alleen precies als: • Ervaring (leren) • Statische omgeving • Afwezigheid van ruis

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)

Interne modellen  Moeten aangepast worden aan: ontwikkeling, groei, veroudering, schade (spasme, contracturen, kracht etc) Intensity Matters

Time Matters

Repetition

Age Matters

Specificity

Use It and Improve It

Use It or Lose It

Salience Matters

Transference

Principles of rehabilitation

Inter-ference

Signaal-ruis verhouding

Signaal-ruis verhouding

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



Hand location

Target Location

Initial conditions

Inverse model

Motor plan

Motor command

Corrective signal


Error signal

Forward model Final state estimate end point location

Feedback module

Functionele neuroanatomie 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Anatomische gradienten Overlappende synergieen in PMC Cerebellum als voorspeller Basale ganglia; bewegingsselectie en beloning Parallelle routes van cortex naar RM RM is meer dan relay station

Anatomische gradienten

nurture

Cognitie

Emotie

Arousal

NEO

Complexe vaardigheden

PALEO

automatismen

ARCHI

tonus

nature

sociale interactie

survival

vitale functies

Intrahemisferische organisatie: I

Intrahemisferische organisatie: II primaire schorsvelden

Intrahemisferische organisatie: II somatotopie primaire schorsvelden

Intrahemisferische organisatie: II somatotopie primaire schorsvelden

Intrahemisferische organisatie: heteromodale associatievelden

Intrahemisferische organisatie en informatieverwerking:

1

handelen

2 horen

voelen 1 2

3

2 1

2 1

zien

Intra- en interhemisferische associatiebanen connectomen

Connectomen en intramodale interhemisfersiche competitie

Nowak et al. NNR 2009

Connectomen en neuromodulatie

Nowak et al. NNR 2009

Intrahemisferische organisatie: Anatomische gradienten (motoriek) I Anteroposterieur

I

van globaal naar specifiek

II

II Parallel superior parietofrontaal extern gemedieerd (ideomotore apraxie)

III

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

IIa Dorsale route A

B

visuele en proprioceptieve feedback gebruikt voor doelgerichte 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)


Anatomische gradienten in parietale en premotore cortex Overlappende synergieen in PMC Cerebellum als voorspeller Basale ganglia; bewegingsselectie en beloning Parallelle routes van cortex naar RM 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


Anatomische gradienten in parietale en premotore cortex Overlappende synergieen in PMC Cerebellum als voorspeller Basale ganglia; bewegingsselectie en beloning Paralelle routes van cortex naar RM 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.


Anatomische gradienten in parietale en premotore cortex Overlappende synergieen in PMC Cerebellum als voorspeller Basale ganglia; bewegingsselectie en beloning Paralelle routes van cortex naar RM 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)



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’.



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.

Fysiologie  Parese  Apraxie  Ataxie

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)

Dat was het…

Motoriek: van regelsystemen en anatomie tot behandelprincipes

Recommend Documents